dirlei perin - Instituto de Física

UNIVERSIDADE FEDERAL DE MATO GROSSO
INSTITUTO DE FÍSICA
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM
CIÊNCIAS NATURAIS
O GERADOR ELÉTRICO COMO PROPOSTA DIDÁTICA
PARA O ENSINO DE FÍSICA: DA FORMAÇÃO CONTINUADA
AO ENSINO CONTEXTUALIZADO
DIRLEI PERIN
PROF. DR.º MIGUEL JORGE NETO
Orientador
Cuiabá, MT, Agosto de 2015.
UNIVERSIDADE FEDERAL DE MATO GROSSO
INSTITUTO DE FÍSICA
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIAS NATURAIS
O GERADOR ELÉTRICO COMO PROPOSTA DIDÁTICA
PARA O ENSINO DE FÍSICA: DA FORMAÇÃO CONTINUADA
AO ENSINO CONTEXTUALIZADO
DIRLEI PERIN
Dissertação apresentada ao programa de Pósgraduação
em
Física
Ambiental
da
Universidade Federal de Mato Grosso, como
parte dos requisitos para a obtenção do título de
Mestre em Ensino de Física.
PROF. DR.º MIGUEL JORGE NETO
Orientador
Cuiabá, MT, Agosto de 2015.
DEDICATÓRIA
Dedico este trabalho a meus pais (Maria
Aparecida e Renato) por terem proporcionado
uma educação que me trouxe até aqui e à
minha esposa, Adrieli, que sempre me apoiou
e entendeu minhas ausências.
AGRADECIMENTOS
* Ao professor Dr. Miguel Jorge Neto, pela paciência e preciosas orientações.
* Aos professores: Dr. Eduardo Augusto Campos Curvo e Dr. Osvaldo Alves Pereira pelas
contribuições/sugestões a este trabalho.
* Aos colegas da Pós Graduação em Ensino de Ciências pelo apoio recebido: Elaine, Eurico,
Everaldo, Adão, Christiane, Juliana, Simone, Senilde, Vilson, Valdite, Antônio Carlos, Mary
e Josiane.
* Aos professores Drs. Marcelo, Rinaldi, Débora, Edna, Denilton, Kapitango, Iramaia e
Sérgio pelos preciosos conhecimentos compartilhados ao longo do curso.
* Ao Professor Edward (Vavá) por compartilhar seus valiosos conhecimentos.
* À secretária do Programa de Pós Graduação em Ensino de Ciências do IF/UFMT (Neuza),
pela disponibilidade em estar sempre contribuindo.
* Aos moradores do Assentamento Banco da Terra em Juara/MT, pelas contribuições e
informações fornecidas;
* Aos amigos Anésio, André, Mauro, Ronaldo e João, pelo apoio, incentivo e trocas de ideias
durante a pesquisa.
* À minha irmã (Ivone) e sua família pelo apoio e incentivo recebido.
* Ao professor Reginaldo do Centro de Educação de Jovens e Adultos ‘José Dias’, pela
contribuição e disponibilidade em contribuir com a pesquisa.
* À SEDUC/MT, pelo incentivo à formação acadêmica.
iii
SUMÁRIO
LISTA DE FIGURAS ................................................................................................................ v
LISTA DE ABREVIATURAS E SÍMBOLOS .......................................................................... x
RESUMO .................................................................................................................................. xi
ABSTRACT ............................................................................................................................. xii
1. INTRODUÇÃO ...................................................................................................................... 1
1.1. Problemática .................................................................................................................... 1
1.2. Justificativa ...................................................................................................................... 1
2. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA ......................................................................................... 3
2.1. O papel da formação continuada ..................................................................................... 3
2.2. Problemática do Ensino de Física Atual .......................................................................... 5
2.3. Potencialidades do Ensino de Física ................................................................................ 7
2.4. O Ensino de Física e a Experimentação ........................................................................... 9
2.5. O Ensino do Eletromagnetismo ..................................................................................... 12
2.6. Eletromagnetismo: do átomo ao gerador ....................................................................... 14
2.6.1. Evolução Histórica da Ideia de Átomo ................................................................... 14
2.6.2. Eletricidade.............................................................................................................. 20
2.6.3. O gerador ................................................................................................................. 26
3. ESTUDO DO CONTEXTO DOS DESTINATÁRIOS E ELABORAÇÃO DO PRODUTO
.................................................................................................................................................. 36
3.1. Mini usinas em Juara: a física do gerador aplicada ....................................................... 36
3.2. O Protótipo de gerador didático ..................................................................................... 41
3.2.1. Materiais necessários............................................................................................... 41
3.2.2. A montagem ............................................................................................................ 44
3.2.3. O teste ...................................................................................................................... 46
4. VALIDAÇÃO DA PROPOSTA .......................................................................................... 48
4.1. Caracterização dos destinatários da proposta e suas percepções sobre o ensino de Física
.............................................................................................................................................. 48
4.1.2. Análise das respostas dos professores ..................................................................... 50
4.1.3. A aplicação do protótipo do gerador junto aos professores .................................... 63
4.2. Validação do produto com alunos.................................................................................. 66
4.2.1. A escola ................................................................................................................... 66
iv
4.2.2. A turma .................................................................................................................... 66
4.2.3. As aulas ................................................................................................................... 67
4.2.4. O experimento ......................................................................................................... 70
4.2.5. Análise das respostas do Pré-teste ........................................................................... 72
4.2.6. Análise das respostas do Pós-teste .......................................................................... 80
5. CONSIDERAÇÕES FINAIS ............................................................................................... 88
6. BIBLIOGRAFIA .................................................................................................................. 90
ANEXO I .................................................................................................................................. 94
ANEXO II ................................................................................................................................ 95
ANEXO III ............................................................................................................................... 97
ANEXO IV ............................................................................................................................... 98
ANEXO V ................................................................................................................................ 99
APÊNDICE: “V” Epistemológico .......................................................................................... 100
v
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 - Modelo de Dalton para o átomo .............................................................................. 15
Figura 2 - Modelo de Thomson - Fonte: http://www.brasilescola.com/quimica/o-experimentothomson-com-descargas-eletricas.htm ..................................................................................... 16
Figura 3 - Experimento da folha de ouro. 1: fonte radioativa (polônio), 2: blindagem de
chumbo, 3: feixe de partículas alfa, 4: tela fluorescente ou filme fotográfico, 5: folha de ouro,
6: ponto em que o feixe de partículas atingem a folha, 7: algumas partículas são desviadas em
relação ao feixe original. - Fonte:
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Rutherford_Scattering.svg .................................... 17
Figura 4 - A interpretação de Rutherford para os desvios observados (à esquerda), lhe
permitiu conceber o modelo com núcleo positivo cercado de elétrons (à direita). Fonte:
https://commons.wikimedia.org ............................................................................................... 17
Figura 5 - Modelo de Bohr - Fonte:
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Modelo_de_Bohr.png?uselang=pt-br ................... 18
Figura 6 - Representação do modelo atômico de Sommerfeld - Fonte:
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Sommerfeld_ellipses.svg ...................................... 19
Figura 7 - Modelo mecânico-quântico - Fonte:
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Helium_atom_QM.svg .......................................... 20
Figura 8 - Balança de Torção - Fonte:
https://pt.wikibooks.org/wiki/Eletromagnetismo/Cargas_el%C3%A9tricas ........................... 21
Figura 9 - Representação de Campos Elétricos ........................................................................ 22
Figura 10 - Atração e repulsão em função do tipo de carga dos portadores (fonte: wikimedia
commons) ................................................................................................................................. 23
Figura 11 - Ciclo senoidal (Corrente alternada) - Fonte:
http://www.mundoeducacao.com/fisica/corrente-alternada.htm. ............................................. 25
Figura 12 - Representação da experiência de Oersted - Fonte:
https://en.wikipedia.org/wiki/File:Oersted_experiment.png. ................................................... 26
Figura 13 - Representação do experimento de Faraday. Uma bateria (à direita) fornece uma
corrente que atravessa um pequeno rolo de arame com núcleo de ferro (A), criando um
eletroímã. Quando a bobina pequena é movida para dentro ou para fora da grande bobina (B),
uma corrente é detectada pelo galvanômetro (L). Fonte:
https://en.wikipedia.org/wiki/File:Induction_experiment.png. ................................................ 27
vi
Figura 14 - Simulação interativa que ilustra o fenômeno da indução a partir do movimento
relativo entre ímã e espira. Fonte: PHET / University of Colorado. ........................................ 28
Figura 15 - Esquema de um alternador - Fonte:
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Alternador.svg ....................................................... 29
Figura 16 - simulação interativa que ilustra o fenômeno da indução a partir do movimento
relativo entre íma e espira. Fonte: PHET / University of Colorado. ........................................ 29
Figura 17 - Campo magnético de um ímã em forma de barra que foi coberto por uma folha de
papel. Ao polvilhar limalha de ferro sobre o papel, os fragmentos se alinham sob a influência
do referido campo. Fonte: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Magnet0873.png ......... 30
Figura 18 - Linhas de campo magnético atravessando uma superfície plana - Fonte:
http://www.mundoeducacao.com/fisica/fluxo-magnetico.htm ................................................ 31
Figura 19 - Conceito de fluxo magnético - Fonte:
http://interna.coceducacao.com.br/ebook/pages/9733.htm ...................................................... 31
Figura 20 (a) e (b) - Conceito de fluxo magnético. Fonte:
http://interna.coceducacao.com.br/ebook/pages/9734.htm ...................................................... 32
Figura 21 - Ilustração da Lei de Lenz - Fonte:
http://objetoseducacionais2.mec.gov.br/bitstream/handle/mec/12613/05_teoria_frame.htm .. 33
Figura 22 - Cena de vídeo disponível no serviço YouTube onde a lei de Lez é explicada.
Surge uma força de repulsão entre o polo do ímã que se aproxima e a face da bobina,
exatamente como se polos iguais de dois ímãs fossem obrigados a se aproximar. .................. 34
Figura 23 - Cena de vídeo “Lei de Lenz” disponível no serviço YouTube onde vê se linhas de
campos produzidos por meio de um ímã em movimento no interior de um tubo de metal o
qual produz campo magnético que induz campo elétrico. ....................................................... 35
Figura 24 - Mapa do Assentamento (cortesia Projetar Engenharia). ........................................ 36
Figura 25 - Geradores movidos à água ..................................................................................... 37
Figura 26 - Rede de transmissão .............................................................................................. 38
Figura 27 - Vista interna do dispositivo gerador. O estator, ou seja, a parte imóvel é mostrada
em destaque .............................................................................................................................. 38
Figura 28 - Rotor ...................................................................................................................... 39
Figura 29 - Esquema da disposição dos ímãs no eixo rotor ..................................................... 39
Figura 30 - Materiais para construção e teste do gerador ......................................................... 41
Figura 31 - Partes do motor de ventilador ................................................................................ 42
Figura 32 - Rotor original ......................................................................................................... 43
Figura 33 - Madeira que servirá de suporte aos ímãs do rotor ................................................. 43
vii
Figura 34 - Ímãs de Neodímio .................................................................................................. 44
Figura 35 - Partes do motor de ventilador ................................................................................ 44
Figura 36 - Esquema de montagem do rotor ............................................................................ 44
Figura 37 - Ímãs intercalados na madeira ................................................................................. 45
Figura 38 - Fixando os ímãs na madeira. ................................................................................. 45
Figura 39 - Colocando o rotor no estator. ................................................................................. 46
Figura 40 - A montagem ........................................................................................................... 46
Figura 41 - Teste com Multímetro............................................................................................ 47
Figura 42 - Teste com lâmpada ................................................................................................ 47
Figura 43 - Nuvem de termos com conteúdos e elementos relacionados à dificuldade dos
alunos, segundo os professores ................................................................................................. 51
Figura 44 - Grafo de termos sobre a utilização de experimentos em sala. ............................... 53
Figura 45 - Grafo de termos sobre a contribuição dos experimentos à aprendizagem ............. 55
Figura 46 - Nuvem de termos relativos aos conhecimentos prévios sobre geradores, segundo
os professore. ............................................................................................................................ 57
Figura 47 - O ensino de física e sugestões - nuvem de termos a partir das respostas dos
professores ................................................................................................................................ 59
Figura 48 - Professores testando o experimento ....................................................................... 64
Figura 49 - Simulação do gerador. Fonte:
https://phet.colorado.edu/pt_BR/simulation/generator ............................................................. 68
Figura 50 - Simulação da lei de Faraday – Fonte: https://phet.colorado.edu/sims/faradayslaw/faradays-law_pt_BR.html .................................................................................................. 69
Figura 51 - Aulas no laboratório de informática ...................................................................... 69
Figura 52 - Aula prática, professor montando gerador. ............................................................ 70
Figura 53 - Aula prática, testando o gerador. ........................................................................... 71
Figura 54 - Nuvem palavras associadas à percepção da Física pelos alunos. Termos mais
frequentes são representados em maior tamanho. .................................................................... 73
Figura 55 - Termos mais frequentes citados nas respostas à questão 2. ................................... 75
Figura 56 - Termos mais frequentes citados nas respostas à questão 3. ................................... 77
Figura 57 - Conceitos de eletromagnetismo: gerador como facilitador para a aprendizagem . 79
Figura 58 - Grafo de termos mais frequentes, questão 02B. .................................................... 81
Figura 59 - Grafo de termos recorrentes, questão 03B. ............................................................ 83
Figura 60 - Grafo de termos mais frequentes, questão 04B ..................................................... 84
Figura 61 - Mapa do estado de Mato Grosso com destaque a microrregião do Arinos. .......... 99
viii
Figura 62 - Diagrama V elaborado a partir de experimento para trabalhar conceitos
relacionados ao eletromagnetismo. ........................................................................................ 100
ix
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Questão 01, as dificuldades dos alunos segundo os professores – ênfase para os
conteúdos de eletricidade/eletromagnetismo. ........................................................................... 51
Tabela 2 - Questão 01, as dificuldades dos alunos segundo os professores– conteúdos diversos
e matemática. ............................................................................................................................ 52
Tabela 3 - Questão 01,as dificuldades dos alunos segundo os professores – problemas
estruturais e falta de recursos.................................................................................................... 53
Tabela 4 - Questão 02, a utilização de experimentos em sala. ................................................. 53
Tabela 5 - Os experimentos e aprendizagem. ........................................................................... 55
Tabela 6 - Conhecimentos prévios sobre geradores segundo os professores ........................... 57
Tabela 7 - O Ensino de Física e sugestões, de acordo com os professores. ............................. 59
Tabela 8 - Questão 1, primeira categoria (matéria difícil) ....................................................... 73
Tabela 9 - Questão 1, categoria 2 (importância vaga) .............................................................. 74
Tabela 10 - Questão 1, categoria 3 (enfoque em fenômenos naturais, como a energia e o
movimento)............................................................................................................................... 74
Tabela 11 - Questão 2, Conhecimentos prévios sobre “produção” de energia......................... 75
Tabela 12 - Questão 3, conhecimentos prévios sobre hidroelétricas ........................................ 77
Tabela 13 - Questão 4, Conhecimentos prévios sobre geradores. ............................................ 78
Tabela 14 - Questão 05, conceitos de eletromagnetismo e o gerador como facilitador para a
aprendizagem. ........................................................................................................................... 80
Tabela 15 - Comparativo entre as respostas do pré-teste e pós-teste, questão 02. ................... 82
Tabela 16 - Comparativo entre as respostas do pré-teste e pós-teste, questão 03. ................... 83
Tabela 17 - Comparativo entre as respostas do pré-teste e pós-teste, questão 04. ................... 85
Tabela 18 - Comparativo entre as respostas do pré-teste e pós-teste, questão 05. ................... 86
Tabela 19 - respostas à questão 06 do pós-teste ....................................................................... 87
x
LISTA DE ABREVIATURAS E SÍMBOLOS
A
ampère
angstrom
a.C.
antes de Cristo
campo magnético
C
coulomb
CA
corrente alternada
CC
corrente contínua
CEJA
Centro de Educação de Jovens e Adultos
D
Distância
DCNEM
Diretrizes Curriculares Nacionais para o Ensino Médio
DCNs
Diretrizes Curriculares Nacionais
campo elétrico
F
força
Fem
força eletromotriz
fm
femtômetro
GREF
Grupo de Reelaboração do Ensino de Física
I
corrente elétrica
LDB
Lei de Diretrizes e Bases da Educação Nacional
N
newton
ɸ
fluxo magnético
PCN’s
Parâmetros Curriculares Nacionais
PCN+
Parâmetros Curriculares Nacionais para o Ensino Médio
PUC
Pontifícia Universidade Católica
Q
quantidade de carga
SI
Sistema Internacional
V
volt
W
trabalho
Δt
intervalo de tempo
xi
RESUMO
PERIN, D. O gerador elétrico como proposta didática para o ensino de física: da formação
continuada ao ensino contextualizado. Cuiabá – MT. Mestrado em Ensino de Ciências,
Instituto de Física, Universidade Federal de Mato Grosso.
A partir das interações promovidas pela formação continuada com professores de física do
Vale do Arinos, investigou-se as potencialidades de uma proposta didática com foco no
gerador elétrico para o ensino de conceitos de Física e Matemática no Ensino Médio.
Buscando garantir a contextualização no processo de ensino-aprendizagem, o trabalho resgata
a realidade da geração de energia no campo, contexto social de vários dos alunos e
professores da região, onde alternativas não governamentais são aplicadas para garantir
eletricidade e conforto a muitas famílias. A pesquisa foi motivada pela dificuldade
apresentada por professores que lecionam a disciplina de Física em trabalhar com conceitos
relacionados à eletricidade e magnetismo de forma contextualizada e com significado. Na
perspectiva da pesquisa qualitativa, através de questionários e entrevistas, delineou-se o perfil
desses professores, além de analisar a viabilidade da proposta. Na validação do produto com
alunos, verificou-se que o trabalho experimental pode motivar a predisposição à
aprendizagem. Os resultados obtidos confirmam a importância da formação continuada e do
estudo de metodologias que conciliem teoria e prática no ensino de Física e Matemática.
Palavras Chaves: Física, Matemática, Eletricidade e Aprendizagem.
xii
ABSTRACT
PERIN, D. The electric generator as didactic proposal for the teaching of physics in high
school: from continued teacher training to the teaching contextualized. Cuiabá - MT. Master
in Science Teaching, Physics Institute, Federal University of Mato Grosso.
On the basis of interactions promoted by continuing education with physics teachers from the
Arinos Valley, we investigated the potential of a didactic proposal focusing on the electric
generator for teaching concepts of physics and mathematics in high school. Seeking to ensure
the contextualization in the teaching-learning process, the work captures the reality of power
generation in the country, social context of several of the students and teachers in the region,
where non-governmental alternatives are applied to ensure electricity and comfort to many
families. The research was motivated by the difficulty presented by teachers who teach the
discipline of physics in working with concepts related to electricity and magnetism in context
and meaning. From the perspective of qualitative research, through questionnaires and
interviews, the profile of these teachers, was delineated in addition to analyzing the feasibility
of the proposal. In the validation of the product with students, it was found that the
experimental work can motivate the predisposition to learning. The results obtained confirm
the importance of continuing teacher training and study methodologies that combine theory
and practice in teaching physics and mathematics.
Key words: physics, mathematics, electricity and Learning.
1
1. INTRODUÇÃO
1.1. Problemática
O ensino de ciências centrado em livros didáticos ignora a realidade vivida por
professores e alunos1, desvirtuando boa parte dos objetivos da educação formal. Abrir mão da
contextualização, da valorização do dia a dia dos alunos, torna o ensino de física não apenas
desinteressante, mas destituído de significado. Em contrapartida, a compreensão dos conceitos
e relações apresentadas pela Física, pode contribuir para o entendimento do mundo e a tomada
de decisões, mas tal sucesso diminui à medida que essa disciplina é resumida à listas de
exercícios desconexos para memorização. O cenário é ainda mais complicado, pois as aulas
de Física nem sempre são de responsabilidade de professores com formação nessa ciência.
A falta de uma formação específica dos docentes torna-se obstáculo para que a
aprendizagem proposta tenha significado. Cabe à formação continuada, minimizar as lacunas
na formação e indicar soluções para que os professores alcancem os objetivos que se propõem
a cumprir.
Atividades experimentais em ciências são metodologias dinâmicas capazes de trazer
a realidade para dentro da sala de aula e promover discussões que resultem em uma
aprendizagem com significado. Para os alunos favorecem a compreensão de fenômenos,
conceitos, leis e princípios físicos, garantindo que se estabeleçam relações entre ciência e seu
dia a dia. Essa prática, no entanto, não é frequente em nossas salas de aula, seja por
insegurança dos professores, por não ter acesso a materiais, ou até mesmo por falta de tempo
e espaços adequados.
1.2. Justificativa
Ao trazer para dentro das salas de aula contextos sociais vivenciados por pessoas de
nossa comunidade, as discussões acerca do tema tendem a se tornar mais interessantes, pois
revestem-se de significado. Não ignorar a realidade e fazer dela um aliado para o ensino-
1
Existem textos, normalmente paradidáticos, que se esforçam para apresentar a Física de forma mais humana e
contextualizada. O “Guia Mangá de Eletricidade” de Matsuda (2009), a “Introdução Ilustrada à Física” de
Goninck e Huffman (1994), a “Física Conceitual” do Hewitt (2002) e as “Leituras de Física: Eletromagnetismo
para ler, fazer e pensar”, do Grupo de Reelaboração do Ensino de Física – GREF (1998) são alguns exemplos de
matériais que tentam se diferenciar dos textos tradicionais, tanto em linguagem quanto na contextualização. Tais
obras, entretanto, têm baixa adesão frente aos sistemas de ensino apostilado e livros didáticos tradicionais das
grandes editoras (ZAMBOM, 2011).
2
aprendizagem de física pode ser uma maneira interessante de garantir que conceitos abstratos
tornem-se menos difíceis.
O Eletromagnetismo faz parte de nossas vidas. Grande parte dos avanços
tecnológicos que vivenciamos hoje, do acender de uma lâmpada à ressonância magnética, só
são possíveis graças à compreensão e evolução dessa área.
Nesse sentido, este trabalho apresenta uma proposta didática no intuito de contribuir
para um ensino de física mais contextualizado e com significado. Para tanto, resgata-se a
realidade vivenciada por pessoas em um assentamento no município de Juara/MT, onde a
energia que acende as lâmpadas, que fazem funcionar televisão e geladeira, é fornecida por
geradores movidos à água. A abordagem desse processo desperta o interesse e a curiosidade
de alunos e professores, podendo favorecer a aprendizagem dos conceitos físicos e
matemáticos envolvidos.
Para realizar esse trabalho, foi definido como objetivo geral pesquisar as
potencialidades do gerador elétrico como facilitador no ensino de conceitos de eletricidade e
magnetismo no Ensino Médio. Figuram como objetivos específicos: propor a construção de
um protótipo de gerador elétrico para trabalhar conceitos relacionados à eletricidade e
magnetismo; analisar como o gerador elétrico contribui para a aprendizagem significativa de
conceitos físicos; e avaliar se o trabalho experimental proposto contribui para uma
aprendizagem com significado. Em decorrência da pesquisa, pretende-se disponibilizar os
materiais produzidos em um ambiente virtual, onde professores e alunos possam consultar e
utilizá-los para suas práticas pedagógicas.
3
2. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
2.1. O papel da formação continuada
O fato de vivermos em uma época em que informações chegam a todo o momento,
numa velocidade incrível, obriga, principalmente os professores a estarem atentos a essas
mudanças, de modo a transformar informações em conhecimento. A docência é, portanto,
uma profissão que exige estar sempre em formação, mantendo-se atento ao mundo e
atualizando constantemente tanto os conhecimentos relativos ao seu domínio de formação
quanto a forma de ensiná-los.
Em oposição ao imenso desafio a que se propõem, a formação inicial dos professores
quase sempre é defasada e o profissional do magistério, de modo geral, não é bem
remunerado. Tais aspectos dificultam muito a realização de um bom trabalho (VAILLANT,
2003). É preciso reconhecer ainda que muitos dos professores que atuam em nossas escolas
(principalmente no ensino de ciências) estão fora de sua área de formação (possuem
graduação em Matemática, por exemplo, mas lecionam Física ou Química).
Com o intuito de fomentar a atualização do profissional, surge o conceito de
formação continuada, praticamente uma conversão de uma necessidade do nosso tempo em
efetivos programas de capacitação, discussão e reflexão.
Nos últimos anos do século XX, tornou-se forte, nos mais variados setores
profissionais e nos setores universitários, especialmente em países desenvolvidos, a
questão da imperiosidade de formação continuada como um requisito para o
trabalho, a ideia da atualização constante, em função das mudanças nos
conhecimentos e nas tecnologias e das mudanças no mundo do trabalho. Ou seja, a
educação continuada foi colocada como aprofundamento e avanço nas formações
dos profissionais. Incorporou-se essa necessidade também aos setores profissionais
da educação, o que exigiu o desenvolvimento de políticas nacionais ou regionais em
resposta a problemas característicos de nosso sistema educacional (GATTI, 2008).
A formação continuada de professores é uma atividade recente no Brasil,
intensificou-se na década de 1980 e foi assumindo modelos diferenciados, desde cursos
rápidos até programas mais extensos e em modalidades diversas, proporcionando aos
docentes reflexões acerca da prática efetivada em sala de aula (NOGUEIRA, 2007).
Segundo Ferreira (2010), a formação continuada não se trata de uma superação da
formação inicial, seu principal objetivo é garantir que o educador sempre se renove e
desenvolva seu trabalho de forma eficiente.
4
Albuquerque (2008) destaca ainda outro aspecto da formação continuada, uma
dimensão atitudinal, que complementa a discussão dos conteúdos e metodologias da área de
formação:
É de se entender que a formação continuada de professores não pode limitar-se a
proporcionar conhecimentos conceituais e metodológicos de uma dada disciplina,
precisa favorecer também o exercício da reflexão sobre concepções e práticas que
esses professores veteranos já têm. É necessário propiciar atitudes favoráveis para
que as pessoas, incluindo professores em formação, desenvolvam processos
reflexivos de investigação, situações que envolvam a abertura de espírito, ou seja,
ouvir os outros e considerar a possibilidade de alternativas; a dedicação, isto é, o
interesse em um assunto, fato, objeto do conhecimento; e a responsabilidade,
entendida como um questionamento continuo, que, para nós professores, significa
refletir sobre o quê ensinar, como ensinar e para que ensinar. (ALBUQUERQUE,
2008, p. 77).
A formação contínua como princípio de qualidade para a prática pedagógica é
prevista pela LDB (Lei de Diretrizes e Bases 9394/96), que aponta em seu título VI — Dos
Profissionais da Educação, no artigo 63: “a necessidade de programas de educação continuada
aos profissionais dos diversos níveis de ensino” (BRASIL, 1996).
No Estado de Mato Grosso foi instituída, no ano de 2010, a Política de Formação dos
Profissionais da Educação Básica. O documento em questão defende que as escolas sejam o
lócus de formação continuada e que todos os profissionais tenham direito a essa formação.
A formação do educador deve ser um processo permanente, contínuo, não pontual,
realizada no cotidiano da escola, em horários específicos e articulada à jornada de
trabalho. Deve ser construída como um espaço de produção e socialização de
conhecimento sobre a profissão docente e de construção da gestão democrática e de
organização da vida social da comunidade escolar e seu entorno e nunca entendida
como correção da formação inicial eventualmente precária. (MATO GROSSO,
2010, p. 16)
Como nos lembra Cunha (2008), o sujeito está em formação constantemente e o
meio onde está inserido é peça fundamental nesse processo.
A formação do educador é um processo, acontecendo no interior das condições
históricas que ele mesmo vive. Faz parte de uma realidade concreta determinada,
que não é estática e definitiva. É uma realidade que se faz no cotidiano. Por isso, é
importante que este cotidiano seja desvendado. (CUNHA, 2004, p. 169).
Em Mato Grosso, os momentos de formação continuada nas escolas estaduais,
devem compor, ao longo do ano letivo, um mínimo de 80 horas. A organização desses
momentos é prerrogativa das coordenações dessas escolas em articulação com os profissionais
envolvidos.
5
A formação continuada se apresenta, portanto, como uma das políticas educacionais
que pode contribuir para a melhoria do trabalho docente. A formalização dessa formação é,
portanto, oportunidade que os profissionais da educação têm para se manter atualizados, rever
concepções e ampliar os conhecimentos teóricos e metodológicos, permitindo que o educador
possa relacionar esses saberes às situações vivenciadas em sala de aula, avaliando, refletindo e
redimensionando a sua prática docente.
2.2. Problemática do Ensino de Física Atual
São muitas as aplicações da Física na sociedade atual. De coisas simples, como o
conforto de um banho quente, a luz que ilumina nossas casas e ruas à noite, e até maravilhas
tecnológicas, como lasers, exames de ressonância magnética e os computadores, tão presentes
hoje em dia. São inúmeros os dispositivos que se tornaram reais graças ao conhecimento
proporcionado pela Física. Entretanto, também é notório que o ensino de ciências, em especial
a Física, tem enfrentado muitos problemas (GOMES e CASTILHO, 2010).
Alguns autores, como Ataide (2005), vem tentando entender como uma área do
conhecimento humano tão apaixonante para muitos tem se configurado como um verdadeiro
“monstro” nas salas de aula. Ao buscar o que pensam os alunos do Ensino Médio, momento
da educação básica em que a Física enquanto disciplina se torna mais evidente, surgem
indícios de que tem havido um distanciamento entre a física ensinada e a realidade do mundo:
“O ensino de Física no Brasil tem sido foco de várias críticas de especialistas da área
bem como de estudantes que estão presenciando este “aprendizado” especialmente
no ensino médio. O distanciamento do mundo vivido pelos alunos e professores, a
falta de interdisciplinaridade, bem como a forma desarticulada com que a Física vem
sendo trabalhada, contribuem ainda mais para que ela se apresente vazia de
significados para os alunos.” (ATAIDE, et al. 2005, p. 01).
Não é difícil encontrar relatos na literatura que reforcem esse panorama. Até mesmo
os textos didáticos disponíveis parecem colaborar para o problema, como sugerem alguns
autores.
“Muitas são as críticas que costumam ser feitas ao currículo de Física do ensino
médio em nossas escolas. Talvez a mais contundente seja o seu desligamento da
realidade vivencial do aluno, o que tem como consequência a produção de textos e
materiais didáticos tão ou ainda mais desligados dessa realidade, como é o caso do
enfoque dado à corrente elétrica contínua e a omissão da apresentação da corrente
elétrica alternada, embora esta esteja bastante presente na vida dos alunos”.
(ERTHAL e GASPAR, 2006, p. 346)
6
Se a Física nas escolas não está auxiliando os jovens a entenderem o mundo natural e
os avanços tecnológicos, que papel então ela estará assumindo? Os que se dedicam a essa
reflexão, como Pires (2013), tem percebido que a repetição e o acúmulo de conteúdos têm
guiado boa parte do que vem ocorrendo nas aulas de Física:
A escola atual frequentemente promove um ensino de Física com a apresentação de
leis e conceitos que nem sempre têm significado no cotidiano do educando. Um
ensino de mera aplicação de fórmulas, baseado em memorização e resolução de
problemas em situações artificiais, que pouco tem a ver com a realidade do
estudante. Trata-se de uma didática repetitiva, voltada para o acúmulo de
informações que, na melhor das hipóteses, desenvolve apenas habilidades
operacionais com um conhecimento científico carente de contextualização. (PIRES,
2013, p. 30)
A Física, enquanto ciência faz uso de uma linguagem própria, em muito diferente
daquela usada pelos estudantes que se deparam com a necessidade ou obrigação de entendêla. A representação matemática de fenômenos e leis naturais, tão presente nessa disciplina, ao
invés de permitir a articulação de saberes aprendidos em outras componentes curriculares,
acaba por tornar-se também obstáculo à aprendizagem, desmotivando muitos dos alunos que
já não tem a melhor das relações com a matemática e seus símbolos. O que se aprende, por
vezes, resume-se na substituição mecânica de valores sem significado em fórmulas
igualmente irrelevantes aos aprendizes.
O objetivo das ciências naturais é explorar e compreender os fenômenos da
Natureza. Infelizmente, é muito comum acreditar-se justamente no oposto: que a
ciência, ao matematizar o mundo, tira a sua beleza! (GLEISER, 2000, p. 05)
Se por um lado temos exemplos de defensores entusiasmados dessa ciência, como
Gleiser (2000) e Oliveira (2007), por outro, há professores que se encontram sem saber como
ensinar essa mesma Física nas escolas. O que chega aos estudantes acaba por afastá-los ainda
mais quando meramente se reproduz esse ensino sem significado.
Mesmo diante de inúmeros exemplos de sucesso de aplicação dos métodos
utilizados pela Física, indo de sistemas aplicados às telecomunicações até o uso
terapêutico de radiações, muitos estudantes no Ensino Médio adotam uma postura de
desinteresse ou mesmo de repulsa em relação à disciplina. Muitos deles a associam a
uma ciência complicada que exige extrema dedicação para seu aprendizado.
(FRAGA, 2012, p. 419)
A falta de contextualização no ensino de Física faz com que estudantes não percebam
seu encanto e sua utilidade no mundo atual, tornando uma disciplina, muitas vezes, chata e de
difícil compreensão.
7
2.3. Potencialidades do Ensino de Física
A crença perene na educação como caminho para a cidadania, bem como no seu
potencial transformador da sociedade, tem se manifestado em movimentos que instigam
mudanças. Há de se destacar, nesse sentido, a Lei de Diretrizes e Bases da Educação Nacional
(LDB) de 1996 e todos os debates e ações que se sucederam a partir dela. A LDB rendeu
extensa literatura, consolidada nas Diretrizes e nos Parâmetros Curriculares Nacionais
(DCNEM, PCN’s e PCN+). Esses textos ainda hoje se mostram relevantes e norteadores para
a prática docente.
“Um dos pontos de partida é a consciência crescente da sociedade sobre a
importância da educação, que tem resultado em permanente crescimento do número
de estudantes – de forma que não mais será preciso trazer o povo para a escola, mas
sim adequar a escola a esse povo”. (BRASIL, 2002).
Apesar das particularidades do ensino de ciências, em especial no que diz respeito à
Física, há na educação básica como um todo dificuldades que são históricas e muito
enraizadas.
Esses bons pontos de partida, entretanto, estão cercados de difíceis obstáculos, como
a tradição estritamente disciplinar do ensino médio, de transmissão de informações
desprovidas de contexto, de resolução de exercícios padronizados, heranças do
ensino conduzido em função de exames de ingresso à educação superior. Outro
obstáculo é a expectativa dos jovens – quando não de suas famílias e das próprias
instituições escolares – de que os agentes no processo educacional sejam os
professores, transmissores de conhecimento, enquanto os estudantes permanecem
como receptores passivos, e a escola resume-se ao local em que essa transmissão
ocorre.” (BRASIL, 2002).
As diretrizes curriculares apresentadas na nova LDB estabeleceram novos objetivos
para a educação básica. A formação oferecida no Ensino Médio, por exemplo, precisa agora
superar o caráter meramente propedêutico e apresentar conhecimentos que tenham significado
para a vida no mundo contemporâneo. As disciplinas, agora integradoras de áreas do
conhecimento, precisam efetivamente dialogar entre si, tal como se exige na realidade fora da
sala de aula. Ao invés de conteúdos, o foco deve ser ajustado para o desenvolvimento de
competências, habilidades e valores que propiciem ao jovem o exercício da cidadania. Nesse
sentido, os PCN+ elencam uma série de competências que deveriam ser desenvolvidas no
âmbito da educação formal:
Reconhecer e utilizar adequadamente na forma oral e escrita símbolos, códigos e
nomenclatura da linguagem científica; Elaborar comunicações orais ou escritas para
relatar, analisar e sistematizar eventos, fenômenos, experimentos, questões,
entrevistas, visitas, correspondências; Identificar em dada situação problema as
informações ou variáveis relevantes e possíveis estratégias para resolvê-la;
Reconhecer, utilizar, interpretar e propor modelos explicativos para fenômenos ou
8
sistemas naturais ou tecnológicos; Reconhecer e avaliar o desenvolvimento
tecnológico contemporâneo, suas relações com as ciências, seu papel na vida
humana, sua presença no mundo cotidiano e seus impactos na vida social. (BRASIL,
2002).
É nesse contexto que o ensino de Física deve se posicionar, contribuindo para o
desenvolvimento de competências e habilidades, tanto quanto dissemina seus próprios
saberes, evitando que o conhecimento se manifeste sem significado.
A necessidade de se ensinar uma “Nova Física”, não deve se dar apenas por esta ser
mostrada nas propostas pedagógicas para o Ensino Médio como uma novidade, mas
se faz necessário diante dos insucessos que percebemos com o ensino da “Velha
Física”, metodologia, abordagem e formalismo, bem como a necessidade de
dissolver esta imagem negativa da física, uma vez que esta é indispensável para a
formação básica para o exercício da cidadania, que é o principal objetivo do ensino
médio (BRASIL, 1996).
Se por um lado as Diretrizes e os Parâmetros Curriculares deixam claro quais os
obstáculos a evitar para uma educação transformadora, por outro também evitam apresentar
receitas a serem seguidas. Assim, é preciso um protagonismo local, que se ampare nas
reflexões levantadas pela nova LDB e atue em prol dos objetivos que se projetam numa
formação para a cidadania.
É preciso rediscutir o que (qual física) e como ensinar para possibilitar uma melhor
compreensão do mundo e uma formação mais adequada para a cidadania. Sabemos
todos que, para tanto, não existem soluções simples ou únicas, nem receitas prontas
que garantam o sucesso. Essa é a questão a ser enfrentada pelos educadores de cada
escola, de cada realidade social, procurando corresponder aos desejos e esperanças
de todos os participantes do processo educativo, reunidos através de uma proposta
pedagógica clara. É sempre possível, no entanto, sinalizar aqueles aspectos que
conduzem o desenvolvimento do ensino na direção desejada (BRASIL, 1999, p. 23).
Espera-se que o ensino de física, na escola média, promova a formação de uma
cultura científica efetiva, que permita ao indivíduo a interpretação dos fatos, fenômenos e
processos naturais, mas que ao mesmo tempo, contribua para a formação de um cidadão
contemporâneo, atuante e solidário, com instrumentos para compreender, intervir e participar
na realidade (BRASIL, 1996).
Ao analisar o papel da Física na educação básica, os PCN reafirmam a importância
dessa componente, destacando as suas múltiplas dimensões que se manifestam a partir de uma
abordagem comprometida com os novos objetivos indicados nas DCNs.
Enquanto o saber da Física, ou seja, sua dimensão conceitual, com suas próprias
abstrações e generalizações, potencializa o desenvolvimento de um olhar investigativo a
respeito do mundo, há de se considerar também, como sugerem os PCN, a dimensão aplicada
da Física, aquela na qual o saber conceitual se faz útil para o entendimento, manuseio e
9
melhoria da tecnologia, ou ainda, que se prestem à resolução de problemas que possam ser
abordados no âmbito dessa ciência ou pela articulação desta com outras disciplinas.
Não se trata, portanto, de elaborar novas listas de tópicos de conteúdos, mas,
sobretudo, de dar ao ensino de física novas dimensões. Isso significa promover um
conhecimento contextualizado e integrado à vida dos estudantes. Apresentar uma
física que explique a queda dos corpos, o movimento da lua ou das estrelas no céu, o
arco-íris e também os raios laser, as imagens da televisão e as formas de
comunicação. Uma física que explique os gastos da “conta de luz” ou o consumo
diário de combustível e também as questões referentes ao uso das diferentes fontes
de energia em escala social, incluída a energia nuclear, com seus riscos e benefícios
(BRASIL, 1999, p. 23).
As Orientações Curriculares elaboradas pela Secretaria de Educação do Estado de
Mato Grosso, em caráter complementar aos PCN, ressoa a ressignificação necessária ao
ensino de Física e indica, mais uma vez, o caminho da contextualização como facilitador
desse processo.
(...) o conhecimento que o professor se propõe a ensinar deve permitir ao estudante
uma construção conceitual que aumente seu grau de liberdade para compreender
uma gama de fenômenos do mundo moderno, de seus novos códigos e suas
tecnologias contemporâneas. Esta é a razão primeira para que o professor investigue
o contexto em que os estudantes se inserem, para que possam selecionar os temas
mais importantes e os conceitos fundamentais dentro da matéria de ensino. (MATO
GROSSO, 2012, p. 62)
A contextualização pode explorar, além da aplicabilidade, outras características
igualmente importantes. Um ensino que leve em conta os aspectos aplicados, históricos e
culturais inerentes à Física, carregam-se naturalmente de significado e transcendem o domínio
disciplinar estrito, revelando assim outras facetas.
Para Gleiser (2000), a “Física é um processo de descoberta do mundo natural e de
suas propriedades, uma apropriação desse mundo através de uma linguagem que nós,
humanos, podemos compreender”. O domínio dessa linguagem se agiliza quando, em
consonância à contextualização, se exploram os recursos da experimentação.
2.4. O Ensino de Física e a Experimentação
O Ensino Médio é um momento crítico na Educação Básica. Não é apenas por
constituir uma etapa final para a escolarização de muitos, ou ainda pelo nível de abrangência e
especificidade do seu currículo, mas é a etapa formativa em que os jovens se encontram em
tempo de desenvolver habilidades relacionadas à abstração em que as amarras da significação
concreta começam a ser superadas, permitindo elaborações muito mais complexas. Por outro
10
lado, a Física, já nesse nível de ensino, se apresenta como componente disciplinar com
conceitos e relações altamente elaboradas, cobrando de imediato o uso das habilidades
cognitivas que se espera estarem disponíveis nessa etapa da vida.
Se por um lado parece arriscado supor que todos os jovens daquela faixa etária estão
igualmente aptos a lidar com o saber físico em seus aspectos formais, por outro se arrisca
também a uma desarticulação da Física com as outras componentes da área de Ciências
Naturais ao apresentá-la como disciplina específica. Fica-se na dependência de que a escola,
enquanto instituição formal de ensino, considere tais questões em seu projeto político
pedagógico e que os professores, executores últimos dessa proposta, hajam de acordo e de
forma colaborativa, verdadeiramente como uma equipe, para superar os obstáculos à
aprendizagem que eventualmente surgirão em função das condições apresentadas.
Diante disso, torna-se relevante que o ensino de Física contemple situações que
permitam ações no âmbito da realidade, que é concreta e não disciplinar. A experimentação
surge, então, como estratégia pedagógica que atende a múltiplas questões, pois estabelece o
enlace entre o concreto e o abstrato ao mesmo tempo em que promove a contextualização,
respeitando ainda a Física a partir de sua origem, enquanto busca pela compreensão do mundo
natural.
É indispensável que a experimentação esteja sempre presente ao longo de todo o
processo de desenvolvimento das competências em Física, privilegiando-se o fazer,
manusear, operar, agir, em diferentes formas e níveis. É dessa forma que se pode
garantir a construção do conhecimento pelo próprio aluno, desenvolvendo sua
curiosidade e o hábito de sempre indagar, evitando a aquisição do conhecimento
científico como uma verdade estabelecida e inquestionável. (BRASIL, 2002, p. 84).
Vários autores, em sintonia com as diretrizes e os parâmetros curriculares, reforçam
o que indicam aqueles textos quanto à experimentação no ensino de Física.
Araujo e Abib (2003) acreditam que a experimentação possibilita uma melhor
compreensão de diversos conceitos científicos, aguça a curiosidade, desperta o interesse e ao
mesmo tempo valoriza os conhecimentos prévios dos alunos bem como seu cotidiano que são
elementos fundamentais à aprendizagem.
A utilização adequada de diferentes metodologias experimentais, tenham elas a
natureza de demonstração, verificação ou investigação, pode possibilitar a formação
de um ambiente propício ao aprendizado de diversos conceitos científicos sem que
sejam desvalorizados ou desprezados os conceitos prévios dos estudantes.
(ARAUJO E ABIB, 2003, p. 190).
11
Esses autores ainda indicam dois aspectos pelos quais o trabalho com atividades
experimentais pode constituir-se em estratégia que contribui para uma aprendizagem
significativa:
a) Capacidade de estimular a participação ativa dos estudantes, despertando sua
curiosidade e interesse, favorecendo um efetivo envolvimento com sua
aprendizagem.
b) Tendência em propiciar a construção de um ambiente motivador, agradável,
estimulante e rico em situações novas e desafiadoras que, quando bem empregadas,
aumentam a probabilidade de que sejam elaborados conhecimentos e sejam
desenvolvidas habilidades, atitudes e competências relacionadas ao fazer e entender
a Ciência. (ARAÚJO e ABIB 2003, p. 190-191).
As atividades experimentais, entretanto, precisam estar claramente incorporadas a
um programa de ensino, de modo que a relação entre a teoria e a prática se evidencie de forma
orgânica, sem transições bruscas e artificialismos. Trabalhar com experimentos requer que os
conceitos envolvidos não sejam isolados, mas sim vinculados às aulas teóricas em
consonância com os conteúdos propostos e com competências e/ou habilidades que se
pretende desenvolver, fazendo com que os sujeitos reflitam sobre seus saberes no sentido de
construir novos significados e concepções acerca do ambiente que o cerca.
Faz-se necessário que as atividades experimentais permitam a visualização de um
determinado fenômeno e a participação efetiva dos alunos durante essas
apresentações para que funcionem como elemento facilitador do processo de ensino
e aprendizagem. As atividades experimentais podem tornar o diálogo em sala de
aula mais atrativo e rico em informações, onde hipóteses são lançadas e
questionadas, permitindo uma negociação de significados e o desenvolvimento de
conhecimentos pré-existentes em conhecimento científico (DA PAZ, 2007).
Além de promover o vínculo entre o conhecimento teórico e a realidade, a
experimentação potencializa a aprendizagem com significado, pois estimula o diálogo, a troca
de informações e a articulação e reelaboração de conhecimentos prévios. Esses aspectos,
entretanto, precisam ser explorados, exigindo a mediação atenta do professor para orientar as
interações e a aprendizagem, identificando e tratando, por exemplo, concepções alternativas
que venham a competir com a criticidade e o espírito científico que subjaz à Física.
Em suma, a atividade experimental deve ser interpretada como um instrumento
didático, como o livro-texto ou outro meio a ser utilizado quando do diálogo
construtivista entre professor e estudante. Através dela, a negociação se faz presente
ao concretizar ambientes didáticos mostrar in loco, a acomodação ou o amoldamento
da teoria aos fatos e as limitações teóricas envolvidas. Descarta o dogmatismo e o
determinismo teórico que se mostra nos livros- texto, onde a natureza parece se
adaptar aos Princípios Físicos e não o contrário (PINHO ALVES, 2000, p. 265).
12
2.5. O Ensino do Eletromagnetismo
Certos tópicos abordados pela Física no nível médio exigem um maior grau de
abstração, de modo que o aprendizado nessa ciência não é homogêneo (ALBUQUERQUE,
2008). O eletromagnetismo, classicamente abordado no último ano do Ensino Médio, é
exemplo claro de conteúdo que pode tornar-se demasiado difícil numa abordagem
estritamente teórica face às suas características inerentes.
A literatura, ainda que de forma reduzida, traz vários casos nos quais o ensino de
Física, em especial o eletromagnetismo, foi favorecido por abordagens experimentais.
Da Paz (2007) investigou e pontuou dificuldades de aprendizagem do conteúdo de
Eletromagnetismo por alunos do Ensino Médio. Segundo ele as dificuldades estão
relacionadas
ao
“entendimento
das
interações
e
comportamento
das
variáveis
eletromagnéticas no espaço tridimensional; ao artifício da simplificação matemática neste
espaço e as próprias operações matemáticas”.
(...) é importante explicitar que, apesar de muitas das grandezas físicas (ex: força,
campo gravitacional, quantidade de movimento, potencial elétrico, etc.) e suas
interações, em todos os conteúdos de Física, serem distribuídas no espaço
tridimensional, o ensino formal lineariza ou planifica estas interações, com o
objetivo de “simplificá-las” e de “facilitar” a aprendizagem [...], no ensino de
Eletromagnetismo a relação passa a ser de três variáveis distribuídas no espaço (Da
PAZ, 2007, p.18).
Esse autor propõe a problematização de situações a partir da experimentação,
visando assim uma modelização mais adequada dos elementos que compõem a teoria.
Erthal e Gaspar (2006), que anteriormente foram citados por suas críticas ao
currículo de Física, sendo a principal, a desconexão dos conteúdos à realidade dos alunos,
enfatizam que os próprios textos didáticos não dão o devido suporte para os professores,
sendo essa uma possível fonte de insegurança para o desenvolvimento de propostas mais
contextualizadas.
Baseando-se na teoria sócio-histórica de Vygotsky, Erthal e Gaspar (2006) testaram
uma proposta de atividades experimentais para o ensino de eletromagnetismo que almejava,
num primeiro plano, ilustrar e facilitar a apresentação dos conceitos apresentados e, na
sequência, desencadear as interações sociais
alunos-professor, que possibilitassem a
compreensão desses conceitos. A sequência didática proposta se calcava também na
contextualização dos conceitos, estabelecendo o vínculo entre o saber Físico e a realidade.
13
Optamos por iniciar pela polia de arrasto magnético. Julgamos que essa
demonstração, direta e desafiadora, seria mais adequada no sentido de desencadear
interações sociais. Na sequência, trabalhamos com a demonstração da variação do
campo magnético no interior de uma bobina, visto que essa facilitaria a introdução
do conceito de corrente elétrica induzida (Lei de Faraday) e da ideia de oposição ao
efeito que provoca o aparecimento dessa corrente (Lei de Lenz), sintetizando a ideia
da indução eletromagnética. Como consequência mais relevante da descoberta desse
fenômeno, apresentaríamos o gerador de corrente elétrica alternada, demonstrando
como se dá a geração de eletricidade em usinas hidrelétricas. E, por último, o motor
síncrono que aborda a frequência, fase e características específicas da corrente
alternada. (ERTHAL E GASPAR, 2006, p. 352).
Para trabalhar com conceitos relacionados à Lei de Faraday e Lenz, Canalle e Moura
(1997), antecipando-se às críticas levantadas por Erthal e Gaspar (2006), propõem um
experimento de baixo custo, uma vez que, segundo eles, os livros didáticos são deficientes
quando se trata de experimentos. Com a simplicidade da montagem, pretendiam que os alunos
pudessem manusear o material, motivando-os à uma aprendizagem significativa com base no
fenômeno estudado.
Hessel (1999) introduziu uma modificação à proposta original de Canalle e Moura
(1997), substituindo o pêndulo por uma gangorra o que, segundo ele, tornaria a montagem
mais eficiente para trabalhar aquele conteúdo.
Ressaltando ainda a utilização de materiais de baixo custo, Pires (2013), apoiando-se
em textos tradicionais (Paraná, 2003) e em abordagens alternativas (GREF, 1998), aplicou
uma proposta de ensino pautada pela experimentação e pelo uso de materiais acessíveis, como
um motor velho de liquidificador. Assim como Da Paz (2007), percebeu que as atividades
experimentais favorecem a formação de imagens mais próximas do pensamento concreto,
promovendo uma ponte para a abstração científica.
Pires (2013) ainda defende que o trabalho com a atividade experimental gera uma
predisposição para a aprendizagem dos conceitos.
Ressaltando a importância do planejamento e da ação docente em sintonia com
teorias de ensino-aprendizagem e a didática, Albuquerque (2008) realizou um trabalho
visando à aprendizagem significativa do eletromagnetismo. Mantendo a ênfase na parte
conceitual, estabelecendo uma dialética entre as situações vivenciadas pelos alunos e os
conceitos fundamentais do eletromagnetismo, o autor inseriu em sua proposta o uso de
experimentos em sala de aula, num sequencial que abordava a classificação dos aparelhos
elétricos e seu funcionamento; aparelhos resistivos (fusíveis, lâmpadas, chuveiros e circuitos
domésticos); motores elétricos; geradores e aparelhos de comunicação e informação.
Essa iniciativa, aliada ao uso de discussões frequentes e de demonstrações de
experiências pelos professores e realizações experimentais pelos alunos vai ao
14
encontro de uma dinamização das aulas, tornando-as, como queríamos, empolgantes
e prazerosas, o que determina uma taxa de aprendizagem apreciavelmente mais
elevada. (ALBUQUERQUE, 2008, p.81).
Compreende-se que a Física, componente indispensável na formação crítica do
cidadão atual, apresenta muitos desafios à sua aprendizagem, mas que, em contrapartida, pode
proporcionar um ensino mais significativo aos nossos alunos, sendo necessário apenas algum
engajamento no sentido de incorporar a experimentação nos programas de ensino, garantindo
assim a contextualização inicial necessária para uma formação crítica para a cidadania.
Se, no entanto, a formação dos professores não colabora para que haja um
estreitamento do distanciamento, entre a Física que é ensinada com a Física que espera que
seja ensinada, conforme defendem as diretrizes curriculares, é necessário, como defende
Galiazzi (2001), um aprofundamento teórico e a necessidade de incluir, na formação inicial e
continuada, estudos sobre a aplicação da experimentação para o ensino.
É fato que toda mudança causa desconforto, mas o fato de não querer mudar, tentar
algo diferente, não significa, talvez, acomodação. As dificuldades segundo Queiroz (2011):
“(...) devem-se ao fato de que a resistência às mudanças, no que se refere aos docentes, está
diretamente relacionada com sua formação, na maioria das vezes tradicional, e na inexistência
de formação continuada, o que limita a busca pela inovação, pela produção e utilização das
novas tecnologias no Ensino da Física”.
2.6. Eletromagnetismo: do átomo ao gerador
2.6.1. Evolução Histórica da Ideia de Átomo
De que são feitas as coisas? Como elas se comportam? Porque são assim? São
algumas perguntas que rondam as mentes de crianças, jovens e adultos. Mas será que
antigamente as pessoas tinham essa curiosidade? Afinal, viviam em uma época onde a
tecnologia não era tão avançada como a de hoje.
Apesar do grande avanço tecnológico ocorrido ao longo dos séculos, muito do
conhecimento que temos hoje se iniciou com experimentos mentais realizados a milhares de
anos, como por exemplo ‘de que são feitas as coisas?’
Desde o quinto século a.C. já se discutia a composição da matéria, e tinha-se a ideia
de que se fossem dividindo um pedaço de rocha chegaria a uma parte bem pequena
que seria impossível dividir, a qual deram o nome de átomo (a = não, tomo =
divisível). No entanto Aristóteles discordava da ideia de que a matéria era formada
por átomo e defendia a combinação de quatro elementos – terra, ar, fogo e água –
15
para formar a matéria, e essas ideias de Aristóteles duraram por longos 2000 anos.
(HEWITT, 2002. págs., 196-197).
Por volta do século XVIII a ideia de Aristóteles já não convencia mais. Segundo
Hewitt (2002. pág., 197): “a partir dos anos 1800 o químico inglês, John Dalton reiniciou uma
nova discussão a respeito do átomo e defendia a ideia dos gregos de que a matéria era toda
formada por átomos”. Dalton, apresentou um modelo atômico que retratava o átomo como
uma pequena esfera parecida a uma bola de bilhar.
Figura 1 - Modelo de Dalton para o átomo
Ao longo do tempo novos estudos foram realizados e várias experiências foram feitas
em regiões distintas do globo, como por exemplo, o experimento realizado pelo cientista e
diplomata norte americano Benjamim Franklin em 1752, sabendo dos riscos, em plena
tempestade propôs a empinar uma pipa para comprovar que o relâmpago nada mais era que
uma descarga elétrica entre a nuvem e o solo e concluiu que a eletricidade também move
através de gás. Nesse sentido o inglês Willian Crookes, na década de 1870, de acordo com
Hewitt (2002. pág., 201) de posse de um tudo de vidro colocou em suas extremidades dois
eletrodos ligados a uma fonte de voltagem (pilha), e dentro do tubo gás, observou que na
extremidade ligada ao polo negativo da pilha o gás produzia uma luminosidade, a qual
chamou de brilho catódico. Percebeu também, que ao aproximar um objeto carregado
positivamente, a luminosidade era atraída pelo objeto e deduziu como algo carregado
negativamente.
Quando se colocava uma carga elétrica perto do tubo, o raio era desviado, ou
curvado, aproximando-se da carga se ela fosse negativa. O raio também era desviado
na presença de um imã. Essas descobertas indicavam que o raio era formado por
partículas negativamente carregadas. (Hewitt, 2002. pág, 201).
Em 1897, o físico inglês Joseph John Thomson, realizou alguns experimentos
semelhantes aos de Crookes, com o objetivo de entender o desvio que ocorrera, e com isso
pode perceber a existência de partículas bem menores no átomo. (HEWITT, 2002. Pág, 202).
16
De posse dos resultados dos experimentos, Thomson elaborou seu modelo atômico
que consistia em uma esfera uniforme, de carga positiva, recheada de elétrons (partículas
negativas), esse modelo recebeu o nome de “pudim de passas”.
Figura 2 - Modelo de Thomson - Fonte: http://www.brasilescola.com/quimica/o-experimentothomson-com-descargas-eletricas.htm
O vídeo “Modelo Atômico de Thomson - Tubos de Crookes” disponível em:
https://www.youtube.com/watch?v=_Pwrvn2Zl5U
2
, é uma produção do Laboratório
PROEN do Instituto de Química de Araraquara da UNESP e mostra como ocorreu a
descoberta do átomo e a concepção do modelo atômico, o pudim de passas.
Em 1911, o físico nascido em Nova Zelândia e naturalizado inglês, Ernest
Rutherford, juntamente com seus alunos Geiger e Marsden, criou modelo atômico que até
hoje é uma das representações mais reconhecidas do átomo. Sua criação se deu por meio de
participação em vários experimentos, principalmente, o famoso experimento da folha de ouro.
Para realizar o experimento, Rutherford utilizou um bloco maciço de chumbo, uma
finíssima folha de ouro, uma chapa de sulfeto de zinco fluorescente e uma pequena porção de
material radioativo (polônio) emissor de partículas alfas que possuem carga positiva.
O experimento consistia em bombardear uma lâmina de ouro com partículas alfa
(partículas positivamente carregadas) e analisar seus comportamentos (Figura 3). Constatou
que uma pequena porcentagem das partículas emitidas (cerca de uma em cada 8.000), sofria
um desvio (deflexão) ao incidir sobre a folha de ouro. Isso, segundo Rutherford, era um
resultado surpreendente. Em suas palavras: “era como se disparássemos um projétil de 15
polegadas em um pedaço de tecido e ele o refletisse de volta a você”.
2
<acesso em 05 de outubro de 2014>
17
Figura 3 - Experimento da folha de ouro. 1: fonte radioativa (polônio), 2: blindagem de chumbo, 3: feixe de
partículas alfa, 4: tela fluorescente ou filme fotográfico, 5: folha de ouro, 6: ponto em que o feixe de partículas
atingem a folha, 7: algumas partículas são desviadas em relação ao feixe original. - Fonte:
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Rutherford_Scattering.svg
Pelo fato de que a maioria das partículas atravessava a folha metálica, Rutherford
concluiu que grande parte do átomo encontrava-se vazio. O desvio, sofrido por algumas das
partículas alfa, indicaria que a parte responsável pela deflexão também possuía carga positiva,
o que explicaria tal dispersão: o rebote das partículas alfa, representaria um encontro direto
com uma zona fortemente positiva e muito densa no interior do átomo, essa região ele
denominou “núcleo”.
Seu modelo atômico (Figura 4) retrata bem suas observações: elétrons girando em
torno de um núcleo que é aproximadamente dez mil vezes menores que o átomo.
Figura 4 - A interpretação de Rutherford para os desvios observados (à esquerda), lhe permitiu conceber o
modelo com núcleo positivo cercado de elétrons (à direita). Fonte: https://commons.wikimedia.org
Os experimentos de Rutherford o levou as seguintes conclusões:
O átomo não é maciço, apresentando mais espaço vazio do que preenchido; a maior
parte da massa do átomo se encontra em uma pequena região central (núcleo) dotada
de carga positiva, onde estão os prótons; os elétrons estão localizados em uma região
ao redor do núcleo, chamada de eletrosfera. Esse modelo ficou conhecido como
“modelo do sistema solar”, em que o sol seria representado pelo núcleo e os planetas
pelos elétrons ao redor do núcleo (na eletrosfera) (DE BONI & GOLDANI, 2007,
pag.8)
18
Como a teoria de Rutherford não esclareceu todas as dúvidas em relação ao
comportamento de determinados gases que “quando sob baixa pressão emitiam uma luz em
um jogo de faixas discretas do espectro eletromagnético completamente diferente da radiação
emitido por sólidos” (DE BONI & GOLDANI, 2007, p. 9), o cientista dinamarquês Niels
Bohr estudou e aperfeiçoou o modelo e, em 1913, publicou sua teoria atômica.
O modelo atômico de Bohr apresentou algumas ressalvas em relação ao de
Rutherford:
Os elétrons giram ao redor do núcleo em orbitas circulares (modelo de Rutherford),
porem sem emitir energia radiante (estado estacionário); um átomo emite energia
sob a forma de luz somente quando um elétron pula de um orbital de maior energia
para um orbital de menor energia. ΔE = h.f, a energia emitida é igual a diferença de
energia dos dois orbitais envolvidos no salto e as órbitas possíveis são aquelas em
que o elétron possui um momento angular múltiplo inteiro de h/2π. (DE BONI &
GOLDANI, 2007, p. 9 - 10).
Nesse sentido Bohr organizou seu modelo de forma que os elétrons girassem em
torno do núcleo em camadas, com níveis de energia específicos, propôs 07 camadas (K, L, M,
N, O, P e Q) e estipulou número de elétrons que cada camada suporta (2, 8, 18, 32, 32, 18 e
2). Quando um elétron perdia ou ganhava energia ele pulava de uma orbita a outra.
Figura 5 - Modelo de Bohr - Fonte: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Modelo_de_Bohr.png?uselang=ptbr
Os estudos continuaram e o modelo atômico foi evoluindo. Arnold Johannes
Wilhelm Sommerfeld em 1915, um dos fundadores da mecânica quântica, contribuiu para a
evolução do modelo de Bohr verificando que elétrons na mesma órbita apresentavam energias
19
diferentes. Sugeriu que as órbitas fossem elípticas com distâncias diferentes do centro, assim
poderiam gerar energias diferentes em uma mesma órbita.
Figura 6 - Representação do modelo atômico de Sommerfeld - Fonte:
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Sommerfeld_ellipses.svg
Segundo De Boni & Goldani (2007, pag. 12), posterior a essa evolução, tivemos as
contribuições valiosíssimas de: Louis Victor De Broglie (1925), que propõe que o elétron
apresenta duplo comportamento, ora onda ora partícula; Werner Heisenberg em 1927
formulou o princípio da incerteza onde demonstrou, matematicamente, que é impossível
determinar ao mesmo tempo, posição e velocidade de uma partícula subatômica e Erwin
Schrödinger, em 1933, através de complexos cálculos matemáticos conseguiu determinar a
energia e as regiões de maior probabilidade de encontrar os elétrons, com isso abandonava o
modelo planetário de Rutherford-Bohr, surgindo aí um novo modelo atômico, o modelo
mecânico-quântico parecido com uma nuvem.
20
Figura 7 - Modelo mecânico-quântico - Fonte: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Helium_atom_QM.svg
O vídeo 2, “Tudo se Transforma, História da Química, História dos Modelos
Atômicos” disponível em https://www.youtube.com/watch?v=58xkET9F7MY
é uma
produção audiovisual produzida pela PUC Rio em parceria com o Ministério da Educação, o
Ministério da Ciência e Tecnologia e o Fundo Nacional de Desenvolvimento da Educação
esse vídeo faz uma viagem na história retratando os modelos atômicos aqui descritos.
2.6.2. Eletricidade
Eletricidade está relacionada a uma gama de fenômenos que acontece ao nosso redor,
desde o acender uma lâmpada, ligar um computador ou dirigir um carro. O termo tem origem
na palavra grega elektrom que significa âmbar, uma vez que ao se esfregar pedaços de âmbar
com pele de carneiro que se obteve as primeiras observações sobre a eletricidade estática
(ROCHA, 2002, p.190).
Sabe-se que a matéria é formada por átomos, os quais são constituídos por um
pequeno núcleo central e por uma eletrosfera. No núcleo encontramos os prótons e os
nêutrons e na eletrosfera ficam os elétrons.
21
Os prótons são partículas portadoras de carga elétrica positiva enquanto os nêutrons
apresentam carga elétrica nula, já os elétrons possuem cargas negativas e são eles que podem
migrar de um corpo a outro, quando em contato.
Benjamim Franklin (1706 – 1790) chamou os
negativa. Hoje nós sabemos que toda a matéria
elétrons, negativamente carregados, circulando
prótons, positivamente carregados, e nêutrons,
HUFFMAN, 1994, p.107).
dois tipos de carga de positiva e
é feita de átomos, constituídas de
em torno de um núcleo onde há
que não tem carga (GONICK E
O vídeo “Introdução à Carga Elétrica”, do grupo Me Salva! disponível em:
https://www.youtube.com/watch?v=1bP8oEtgQkA3 ilustra o conceito de cargas elétricas, que
são representadas pelas letras Q ou q e que, no SI (Sistema Internacional), é medida em
coulomb (C). A magnitude da carga do elétron (-) e do próton (+) são iguais em valor
absoluto:
(carga elementar). Assim é possível deduzir que a quantidade de
carga (Q) pode ser descrita por um múltiplo inteiro (n) da carga elementar ( ):
(1)
No século XVIII o físico francês Charles Augustin Coulomb formulou a expressão
matemática que ficou conhecida como Lei de Coulomb. A partir de uma balança de torção
(Figura 8) inventada por ele, realizou experimentos para compreender a manifestação de
partículas eletrizadas e definir suas cargas.
Figura 8 - Balança de Torção - Fonte: https://pt.wikibooks.org/wiki/Eletromagnetismo/Cargas_el%C3%A9tricas
3
<acesso em 12 de outubro de 2014>
22
A intensidade das forças de interação (F) entre dois polos materiais de cargas q 1 e q2
é diretamente proporcional ao produto dessas cargas e inversamente proporcional ao quadrado
da distância (d) entre esses pontos, ou seja:
(2)
Onde:
F é a intensidade da força (de atração ou repulsão) entre as cargas, medida em
newtons (N) no SI.
K é a constante eletrostática no vácuo (seu valor, em unidades do SI, é de
).
e
representam as cargas elétricas, cujo valor é medido em coulomb (C).
d é a distância entre as cargas, em metros (m).
O
vídeo
“Lei
de
Coulomb”
disponível em:
https://www.youtube.com/
4
watch?v=bunZR7pW9m0 , mostra como usar a lei de Coulomb para calcular a quantidade de
carga em um corpo, além de apresentar exemplos nos quais a quantidade de carga pode ser
determinada em função da diferença entre o numero de prótons (portadores de carga positiva)
e o número de elétrons (portadores de carga negativa) em um corpo.
Partículas eletrizadas criam uma região em torno de si que é perceptível quando se
aproxima uma outra partícula eletrizada. Algo preenche inteiramente esse espaço entre as
partículas, de modo que Faraday indicou se tratar de um campo de força (ROCHA, 2002, p.
259), pois há forças envolvidas nesse espaço. Em se tratando de eletricidade esse campo é
denominado de elétrico ( ).
Figura 9 - Representação de Campos Elétricos
4
<acesso em 12 de outubro de 2014>
23
A simulação “Taxas e Campo” disponível em: https://phet.colorado.edu/sims/
charges-and-fields/charges-and-fields_pt_BR.html5 retrata bem o sentido das linhas de força,
conforme representado na Figura 9. A simulação deixa claro que o sentido das linhas se
modifica dependendo da escolha das cargas.
Experimentalmente verifica-se que cargas de mesmo tipo se repelem e de tipos
diferentes se atraem.
Figura 10 - Atração e repulsão em função do tipo de carga dos portadores (fonte: wikimedia commons)
Como campos elétricos causam forças sobre cargas, há uma energia atribuída à
posição de cada carga no campo, ou seja, uma energia potencial elétrica (GONICK e
HUFFMAN, 1994). Ao tentar aproximar duas partículas de cargas iguais, por exemplo, de
modo a superar a repulsão entre elas, realiza-se um trabalho sobre a partícula, fornecendo-lhe
energia. Esse trabalho, proporcional à força e à distância entre as cargas, faz com que a
energia potencial da partícula aumente. Quanto mais carga a partícula possuir maior será sua
energia potencial (HEWITT, 2002, p. 385).
Sendo o trabalho (
) diretamente proporcional à intensidade da força exercida ( ) e
ao valor do deslocamento da partícula na direção da força ( )6, pode-se sintetizar que:
(3)
A carga sob a qual havia sido realizado o trabalho é denominada carga de teste. A lei
de Coulomb pode ser então reinterpretada como a força a que uma carga teste q fica sujeita
quando colocada numa dada posição no interior de um campo elétrico
(que equivale aos
termos entre parênteses na equação a seguir):
5
<acesso em 13 de outubro de 2014>
Situações envolvendo forças de intensidade variável e/ou deslocamentos não paralelos à força, envolvem outras
considerações que podem ser pesquisadas pelo leitor.
6
24
(4)
Ou seja:
(5)
Um análogo à força gravitacional sobre uma massa que se encontra sob a influência
7
de um campo gravitacional.
É possível abstrair a carga de teste e considerar a energia potencial estritamente à
posição no campo elétrico que ela ocupava. Dessa forma, define-se uma grandeza que
corresponde à quantidade de energia por unidade de carga elétrica no interior do campo, ou
seja, o potencial elétrico (GONICK e HUFFMAN, 1994):
(6)
As medidas dessa grandeza se expressam em volts (V).8 Como é possível perceber,
trata-se de unidades de energia (joules – J) por quantidade de carga elétrica (coulomb – C), ou
seja:
.
O campo elétrico e o potencial possuem, portanto, uma estreita relação. O campo
elétrico, entendido originalmente como a ação da força sobre cada carga (
), pode ser
expresso em termos do potencial e da posição:
(7)
Ou seja:
(8)
Se há diferença de potencial numa região, ou seja, um campo elétrico, as cargas
sofrem a ação de uma força elétrica numa dada direção, o que significa que as partículas
portadoras de carga se deslocarão, majoritariamente, ao longo dessa orientação. Esse fluxo ou
movimento de cargas recebe o nome de corrente elétrica. Essa grandeza é medida em ampères
(A), e 1 A corresponde ao fluxo de 6,25 x 1018 elétrons por segundo, ou seja, 1 coulomb por
segundo. (HEWITT, 2002, p. 403).
7
, a expressão costumeiramente apresentada aos alunos como representante da força peso, assemelhase, em linhas gerais, à força imposta por um campo elétrico em uma carga q. As semelhanças e diferenças entre
essas interações podem ser investigadas pelo professor e seus alunos.
8
A grandeza potencial elétrico (V) e sua unidade de medida, o volt (V), são, geralmente, representadas pela
mesma letra, o “vê” maiúsculo. Não é raro, portanto, que os alunos se confundam.
25
A intensidade da corrente elétrica ( ) é, portanto, diretamente proporcional ao campo
elétrico ( ) que, por sua vez, surge quando há diferença de potencial entre dois pontos (
).
Em síntese9:
(9)
A corrente elétrica pode ser contínua (cc) ou alternada (ca), dependendo da fonte que
a origina. Contínua é a corrente que tem seu fluxo em um único sentido, por exemplo, o fluxo
de carga que sai de uma pilha, onde os elétrons migram do polo negativo para o positivo,
mantendo sempre o mesmo sentido. Alternada é a corrente na qual os elétrons oscilam,
mudando repetidamente o sentido de seu movimento, por exemplo, a energia elétrica que
chega às residências e tem como fonte grandes geradores acoplados a turbinas movidas a água
é desse tipo. Conforme Hewitt (2002), essa corrente alterna de um lado para outro com uma
frequência de 60 ciclos por segundo (ou seja: 60 hertz), a Figura 11 mostra como varia a
intensidade da corrente elétrica alternada em função do tempo.
Figura 11 - Ciclo senoidal (Corrente alternada) - Fonte: http://www.mundoeducacao.com/fisica/correntealternada.htm.
Sobre a corrente alternada, Hewitt (2002), apresenta uma consideração que é útil
para desfazer possíveis confusões:
Quando você liga uma lâmpada a uma tomada, é a energia que flui da tomada para a
lâmpada, e não os elétrons. A energia é transportada pelo campo elétrico pulsante e
produz o movimento oscilatório dos elétrons que já estavam presentes no filamento
da lâmpada. Se 120 volts são aplicados à lâmpada, então, em média, 120 joules de
energia são dissipados por cada coulomb de carga que é forçado a oscilar. As
empresas de energia elétrica não vendem elétrons. Elas vendem energia. Você é que
fornece os elétrons. (HEWITT, 2002, p. 399).
A energia que acende a lâmpada é convertida em uma outra forma de energia (no
exemplo citado, luz). A taxa ou quantidade de energia por unidade de tempo necessária para
esse processo de conversão é chamado de potência elétrica. Essa grandeza indica o consumo
9
Essa proporcionalidade é o passo inicial para o entendimento da Lei de Ohm.
26
de energia elétrica do aparelho em cada unidade de tempo de seu funcionamento. Por
exemplo, se uma lâmpada tem potência de 100 watts, significa que em cada segundo de
funcionamento ela “consome” (ou transforma) 100 joules de energia elétrica.
O vídeo de animação francês “Viagem na Eletricidade” disponível em:
https://www.youtube.com/watch?v=VfuoAHOe7j0 10 faz uma abordagem sobre a corrente
elétrica, como ela ocorre e o que acontece no interior de um fio condutor quando esse está
energizado. Faz, também abordagens sobre cc e ca, como se dá a geração dessas correntes e o
consumo das mesmas.
2.6.3. O gerador
A era científica dos ímãs e magnetismo começou no ano 1600, quando Willian
Gilbert publicou seu principal trabalho De Magnete, onde identificava a Terra como um imã
gigante. Por dois séculos os estudos sobre magnetismo não evoluíram muito. No ano de 1819,
na Dinamarca, ocorreria um novo avanço: o físico Hans Christian Oersted percebeu em um
experimento que a eletricidade poderia gerar magnetismo. Em seu experimento, colocou um
fio condutor ligado a uma pilha, em paralelo à agulha da bússola. Observou que a agulha
ficou em um ângulo quase reto com o fio, invertendo a direção da corrente a agulha era
desviada em direção contrária (HANSTEEN in ROCHA, 2002, p 248).
Figura 12 - Representação da experiência de Oersted - Fonte:
https://en.wikipedia.org/wiki/File:Oersted_experiment.png.
Mais tarde, em 1831, Michael Faraday provou o oposto, demonstrando que um
campo magnético variável pode induzir uma corrente elétrica (Figura 12), neste experimento
foi observado que ao introduzir um ímã na bobina, uma corrente seria induzida nesse circuito
10
<acesso em 14 de outubro de 2014>
27
e quando retirasse, também. Ou seja, a presença do ímã próximo a bobina gerava uma
voltagem induzida e consequentemente uma corrente elétrica (HEWITT, 2002, p. 424)
Figura 13 - Representação do experimento de Faraday. Uma bateria (à direita) fornece uma corrente que
atravessa um pequeno rolo de arame com núcleo de ferro (A), criando um eletroímã. Quando a bobina pequena é
movida para dentro ou para fora da grande bobina (B), uma corrente é detectada pelo galvanômetro (L). Fonte:
https://en.wikipedia.org/wiki/File:Induction_experiment.png.
A simulação “Lei de Faraday”, disponível em: https://phet.colorado.edu/
sims/html/faradays-law/latest/faradays-law_en.html11, ajuda a ilustrar o que acontece quando
se move um ímã através de uma bobina em diferentes velocidades. Também é possível
comparar os resultados usando bobinas de tamanhos diferentes.
11
<Acesso em 20 de setembro de 2014>.
28
Figura 14 - Simulação interativa que ilustra o fenômeno da indução a partir do movimento relativo entre ímã e
espira. Fonte: PHET / University of Colorado.
A descoberta da indução eletromagnética possibilitou construir maquinas elétricas
geradoras de corrente (ROCHA, 2002). Essa ligação entre magnetismo e eletricidade, deu um
grande passo para a criação do primeiro gerador elétrico de corrente contínua, que surgiria em
1886.
Ao contrário do que seu nome sugere o gerador não cria energia, ele converte energia
mecânica (energia transferida por uma força) em energia elétrica. Essa energia mecânica pode
ser originada de várias formas, como por exemplo, de uma queda d’água, do vento ou pela
queima de combustível.
Então o gerador é uma máquina que funciona obedecendo à indução eletromagnética.
É composto essencialmente por duas partes: indutor e o induzido. Na Figura 15 temos um
esquema de gerador conhecido como alternador. Nessa montagem o induzido recebe o nome
de estator (por ser uma parte estática, imóvel) e o indutor é conhecido como rotor (pois
executará movimentos de rotação). Percebe-se também que o induzido/estator compõe-se,
basicamente, de um suporte para espiras metálicas (na qual será induzida uma corrente
elétrica), enquanto que o indutor/rotor é um eixo móvel sob o qual se assenta um ou mais
magnetos (no modelo ilustrado, tem-se quatro polos magnéticos alternados, portanto).
29
Figura 15 - Esquema de um alternador - Fonte: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Alternador.svg
Ao girar o indutor, é criado um campo magnético que induz uma corrente nas
bobinas. A corrente, ou seja, o movimento ordenado dos portadores de carga nas espiras, varia
à medida que os polos magnéticos se alternam com a rotação, variando assim, o sentido da
corrente, para um lado ou para o outro. (ORREGO, 2007).
Figura 16 - simulação interativa que ilustra o fenômeno da indução a partir do movimento relativo entre íma e
espira. Fonte: PHET / University of Colorado.
A simulação “Gerador” (Figura 16), disponível em: https://phet.colorado.edu/pt_BR/
simulation/generator 12 , ilustra como se dá a geração de energia elétrica com base no
movimento de um ímã por um agente externo, de forma semelhante ao que ocorre em usinas
12
<Acesso em 20 de setembro de 2014>.
30
hidrelétricas. Essa é uma das possibilidades de contextualizar o estudo da lei de Faraday,
visualizando o campo magnético variante e o fenômeno da indução. Sobre isso, Hewitt
(2002), esclarece que:
Em geral, um campo elétrico é criado em qualquer região do espaço onde um campo
magnético esteja variando com o tempo. A intensidade do campo elétrico induzido é
proporcional à taxa na qual o campo magnético varia. E sua direção forma um
ângulo reto com a direção do campo magnético. (HEWITT, 2002, p. 432).
Hewitt (2002), em sua interpretação da lei de Faraday, expõe que: “a voltagem
induzida numa bobina é proporcional ao número de espiras e à taxa com a qual o campo
magnético varia no interior dessas espiras”, de forma sintética:
(10)
Uma das formas de se “enxergar” o campo magnético de um ímã consiste em um
experimento simples: com uma folha de papel colocada e um pouco de limalha de ferro é
possível obter uma representação semelhante à Figura 17, abaixo:
Figura 17 - Campo magnético de um ímã em forma de barra que foi coberto por uma folha de papel. Ao
polvilhar limalha de ferro sobre o papel, os fragmentos se alinham sob a influência do referido campo. Fonte:
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Magnet0873.png
A representação do campo magnético por um conjunto de linhas permite que se
contabilize, por exemplo, a intensidade do campo em torno do ímã: regiões onde a densidade
de linhas é maior, indicariam um valor maior para o campo. Esse entendimento permite que se
analise o campo pela perspectiva da grandeza denominada fluxo magnético (Φ), que pode ser
31
representado como sendo um conjunto de vetores (campo magnético ) que atravessam uma
superfície plana (uma área, A), tal como se tem na Figura 18 (GASPAR, 2006).
Figura 18 - Linhas de campo magnético atravessando uma superfície plana - Fonte:
http://www.mundoeducacao.com/fisica/fluxo-magnetico.htm
Quanto maior for o número de linhas maior será o valor do fluxo magnético. Nesse
caso é possível perceber que o fluxo magnético (Φ) é diretamente proporcional ao campo
magnético ( ) e à área da superfície plana (A). A equação matemática que relaciona essas
variáveis e permite calcular o fluxo magnético é dada por:
(11)
O ângulo ( ) entre o vetor resultante do campo magnético ( ) e a perpendicular à
superfície (A) precisa ser considerado (figuras
Figura 19 - Conceito de fluxo magnético - Fonte: http://interna.coceducacao.com.br/ebook/pages/9733.htm
A variação desse ângulo pode determinar a quantidade de linhas que atravessará a
área e, portanto, influencia diretamente na intensidade do fluxo magnético (Φ). Quando o
ângulo for 90º, nenhuma linha atravessará o plano, conforme Figura 20 (a), então o fluxo é
32
nulo (uma vez que
90
0). Quando o ângulo for igual a 0º (Figura 20 (b), o fluxo será
máximo, pois pelo plano estará passando o maior número possível de linhas (
0
1). E
quanto mais linhas estiverem atravessando, maior será o fluxo e, consequentemente, maior
será a voltagem induzida.
Figura 20 (a) e (b) - Conceito de fluxo magnético. Fonte:
http://interna.coceducacao.com.br/ebook/pages/9734.htm
A variação de fluxo magnético acarreta uma corrente elétrica induzida que segundo
Gaspar (2006, p. 512), remete à Lei de Faraday, onde “a força eletromotriz 13 (ɛ) induzida em
uma espira14 é diretamente proporcional à variação do fluxo magnético (Δ
B)
que a atravessa,
e é inversamente proporcional ao intervalo de tempo (Δt) em que essa variação ocorre”. Isso
sintetiza-se pela equação:
(12)
O sinal negativo que aparece na equação foi uma contribuição feita em 1834 pelo
físico e químico Heinrich Lenz, que percebeu que “uma corrente induzida flui sempre na
direção que promova oposição à mudança que a produziu” (GONICK E HUFFMAN, 1994, p.
168).
Graças a essa oposição, há uma manutenção do sistema, uma conservação da energia,
sendo necessário algum trabalho para provocar uma variação no fluxo e, consequentemente,
induzir corrente.
13
Faraday cunhou esse termo (fem) para se referir à voltagem induzida (que é uma diferença de potencial, na
verdade).
14
Quando se tem mais de uma espira, multiplica pela quantidade de espiras (n).
33
Figura 21 - Ilustração da Lei de Lenz - Fonte:
http://objetoseducacionais2.mec.gov.br/bitstream/handle/mec/12613/05_teoria_frame.htm
Como ilustrado na Figura 21, quando o fluxo do campo magnético está aumentando
(pela aproximação do ímã - Figura 21a), a corrente na espira tem um sentido tal que gera um
campo magnético oposto ao do ímã (Figura 21b) e, quando o fluxo do campo magnético está
diminuindo (ao afastar o ímã - Figura 21c), a espira apresenta uma corrente no sentido oposto,
gerando um campo ( ) que, desta vez, tenta impedir o afastamento do ímã (Figura 21d). Isso
justifica o sinal negativo na lei de Lenz, onde a fem ( ) se opõe à variação do fluxo do campo
magnético (
). A lei de Lenz pode ser melhor ilustrada no vídeo produzido pela Eureka.in
e disponível em: https://www.youtube.com/watch?v=GMP14t9mgrc15.
O
Vídeo
“Lei
de
Lenz”,
disponível
em:
https://www.youtube.com/
16
watch?v=GMP14t9mgrc , ilustra didaticamente a interação entre os campos magnéticos do
ímã e aquele gerado pela corrente induzida, ficando clara a “briga” entre ambos.
15
16
<Acesso em 11 de outubro de 2014>
<Acesso em 20 de setembro de 2014>.
34
Figura 22 – Cena de vídeo disponível no serviço YouTube onde a lei de Lez é explicada. Surge uma força de
repulsão entre o polo do ímã que se aproxima e a face da bobina, exatamente como se polos iguais de dois ímãs
fossem obrigados a se aproximar.
De acordo com Cherman (2004), a maior contribuição de Faraday foi justamente o
conceito de campo. Faraday, como autodidata, sempre buscava interpretar os fenômenos de
um ponto de vista mais físico do que matemático. Essa compreensão conceitual, quando
compartilhada, é inspiradora.
O conceito de campo foi extremamente feliz, permitindo, entre outras coisas, a
melhor aceitação da ideia de “ação a distância”, que ainda desagradava a muitos 17.
Assim, compreendia-se que os corpos agiam sobre outros corpos tanto por contato
quanto pela interação dos campos por eles produzidos (CHERMAN, 2004)
Na década de 1860 o físico escocês James Clerk Maxwell, inspirado também pelos
estudos de Faraday, propôs um conjunto de equações que constituem a maior síntese até então
para os fenômenos elétricos e magnéticos, consolidando de vez o eletromagnetismo.
Maxwell tinha muita intimidade com o cálculo e também com os novos conceitos da
eletricidade e do magnetismo. Reunindo seu conhecimento, teve a habilidade
necessária para compilar os trabalhos da época e interligá-los num conjunto de
quatro equações que ficaram conhecidas como equações de Maxwell. (...) As quatro
equações relacionam o campo elétrico ( ) e o campo magnético ( ), juntamente
com suas variações no espaço (representadas pelo operador diferencial nabla, ) e
no tempo
(CHERMAN, 2004).
17
Newton, ao introduzir, no século XVII, a ideia de ação a distância por meio de sua lei da Gravitação
Universal, recebeu várias críticas, mesmo no meio acadêmico, por sugerir que corpos pudessem aplicar forças
sobre outros corpos sem nenhum contato. O conceito posterior de campo foi fundamental para a aceitação de
interações desse tipo (DA SILVA & KRAPAS, 2007).
35
Pela interpretação de Maxwell para a lei de Faraday, “há linhas de campo elétricas
circulando em torno de campos magnéticos variáveis, ou seja, a variação do campo
magnético induz campo elétrico” (GONICK & HUFFMAN, 1994).
(13)
Formalmente, essa equação pode ser lida assim: “o rotacional (
) do campo
elétrico ( ) é igual à derivada parcial18 em relação ao tempo ( ) do campo elétrico ( ), mas
com o sinal trocado (-)” (GONICK & HUFFMAN, 1994). Basta imaginar que em torno das
linhas do campo magnético que, por alguém motivo, varia com o passar do tempo, surgem
linhas de campo elétrico (Figura 23). A variação de um (campo), gera um outro (campo), que
circunda (rotaciona) o primeiro.
Figura 23 - Cena de vídeo “Lei de Lenz” disponível no serviço YouTube onde vê se linhas de campos
produzidos por meio de um ímã em movimento no interior de um tubo de metal o qual produz campo magnético
que induz campo elétrico.
18
Uma variação muito pequena de uma grandeza, considerando apenas uma das variáveis que a influencia.
36
3. ESTUDO DO CONTEXTO DOS DESTINATÁRIOS E ELABORAÇÃO DO
PRODUTO
3.1. Mini usinas em Juara: a física do gerador aplicada
Localizado a 100 km da sede do município de Juara-MT19, o assentamento Banco da
Terra (Figura 24), conhecido também por Projeto Matrinxã, foi pensado para fortalecer a
agricultura familiar no município, implantado pelo governo federal e incentivado pelo
governo municipal de acordo com a Lei Complementar nº 93, de 04 de fevereiro de 1998 a
qual institui o Fundo de Terras e da Reforma Agrária – Banco da Terra - previa assentar, ou
facilitar a aquisição de terras a pequenos proprietários, num total de 194 famílias. No
município de Juara o projeto teve inicio no ano de 2000 e por diversos fatores (falta de acesso
a alguns lotes, condições das estradas, falta de moradia, entre outros), o projeto de
assentamento não foi bem sucedido, permanecendo no local em torno de 20 famílias.
Figura 24 - Mapa do Assentamento (cortesia Projetar Engenharia).
19
O município de Juara está localizado na região noroeste do estado de Mato Grosso a 690 km da capital Cuiabá.
37
Algumas das famílias remanescentes buscaram meios de melhorar a sua qualidade de
vida. Como ainda não são atendidas pelo programa federal Luz Para Todos 20 , alguns
adquiriram geradores, como os da Figura 25, para aproveitar a água de uma cachoeira
próxima (um recurso comum no assentamento) no intuito de obter energia elétrica para suas
residências.
Figura 25 - Geradores movidos à água
Os geradores foram adquiridos na cidade de Juara/MT com valor aproximado de R$
3.000,00 (três mil reais). Com 5 kVA de potência, fornecem energia suficiente para uma
residência, sendo possível ter em casa um freezer, geladeira, televisão e lâmpadas.
O funcionamento desses geradores exige energia mecânica, nesse caso fornecida pela
água em movimento. Esses geradores ou mini usinas são compostos por uma armação de ferro
ou madeira e no interior possuem um eixo com palhetas no qual a água, conduzida por meio
de canos de PVC (de 100 mm ou 75 mm), provoca rotação. Na extremidade do eixo há uma
polia que, por meio de uma correia, transfere a energia cinética de rotação para o eixo do
gerador, fazendo com que o rotor do gerador gire em alta velocidade no interior do estator.
Quanto maior a pressão que a água exerce, maior é a corrente induzida.
Ao sair dos geradores, a eletricidade é transportada por meios de cabos aéreos (fios
condutores de cobre ou alumínio), revestidos por camadas isolantes e fixados em postes de
madeira (Figura 26). Uma dessas redes de transmissão tem comprimento de até 800 m e é
bastante rústica.
20
Em novembro de 2003 foi lançado, por meio do Decreto 4.873, o Programa Luz para Todos com o desafio de
acabar com a exclusão elétrica no país. Sua meta era a de levar o acesso à energia elétrica, gratuitamente, para
mais de 10 milhões de pessoas do meio rural. O Programa é coordenado pelo Ministério de Minas e Energia,
operacionalizado pela Eletrobrás e executado pelas concessionárias de energia elétrica e cooperativas de
eletrificação rural em parceria com os governos estaduais. Fonte: http://luzparatodos.mme.gov.
br/luzparatodos/Asp/o_programa.asp, acesso em 12/11/2014.
38
Figura 26 - Rede de transmissão
A composição desses geradores, essas máquinas que transformam a energia
mecânica em energia elétrica, é relativamente simples. Há um estator (Figura 27) constituído
por material ferromagnético e que forma a parte estática do gerador, que por sua vez é
composto por todo o conjunto de elementos fixados à carcaça da máquina. Além da própria
carcaça (que serve de suporte ao rotor e aos polos magnéticos), tem-se as bobinas que, em
conjunto com o rotor (Figura 28), são as responsáveis por induzir a corrente elétrica no
dispositivo.
Figura 27 – Vista interna do dispositivo gerador. O estator, ou seja, a parte imóvel é mostrada em destaque
39
O rotor é a parte que gira através de um eixo que recebe a energia mecânica captada
pela água. Ele é formado por um conjunto de elementos fixados em torno de um eixo que gira
no interior do estator. Os elementos que compõem o rotor são, basicamente, o eixo, que além
de receber a energia mecânica serve de suporte para 04 (quatro) ímãs que são dispostos com
alternados (como mostrado na Figura 29). Nas extremidades do eixo se encontram 02 (dois)
rolamentos que são fixados numa espécie de tampa que fica no estator.
Figura 28 - Rotor
Figura 29 - Esquema da disposição dos ímãs no eixo rotor
40
Ao girar o rotor com os ímãs “o campo magnético varia no espaço ao redor dele.
Essa variação gera um campo elétrico que produz uma corrente elétrica induzida no
enrolamento do estator” (GREF, 1998, p. 83). Nesse mesmo sentido Matsuda esclarece que:
Quando um ímã se movimenta dentro de uma bobina, uma corrente surge nessa
bobina e gera um campo magnético que se opõe às variações do campo magnético
indutor. Se a direção do movimento do ímã muda, a direção da corrente no fio
também muda. Esse fenômeno é chamado de indução eletromagnética e a diferença
de potencial, que origina a corrente gerada durante esse processo, é chamada de
força eletromotriz induzida. A corrente gerada, por sua vez, é chamada de corrente
induzida. (MATSUDA, 2009, p. 111).
Esse
fenômeno
é
ilustrado
pela
simulação
disponível
em:
https://phet.colorado.edu/pt_BR/simulation/generator21. Quando aumenta a vazão da água e,
consequentemente, a pressão exercida nas palhetas, o ímã (rotor) gira com maior velocidade,
aumentando a corrente. Aumentando a vazão, aumenta-se a velocidade angular e,
consequentemente, a tensão é maior. Também é possível notar que o aumento das espiras,
tanto em número como em tamanho, influencia diretamente na tensão, produzindo uma
corrente maior.
Se um ímã for subitamente empurrado para dentro de uma bobina com duas vezes
mais espiras do que outra, então uma voltagem duas vezes maior será induzida na
bobina com mais espiras. Se o ímã for empurrado para dentro de uma bobina com
três vezes mais espiras, então uma voltagem três vezes maior aparece induzida nela.
(HEWITT, 2002, p. 425).
Se o ímã for deixado próximo a uma bobina não ocorrerá a corrente (não haverá
força eletromotriz). É necessário que haja movimento, do ímã ou da bobina. Tal situação pode
ser
observada
na
simulação
sobre
a
Lei
de
Faraday,
disponível
em:
https://phet.colorado.edu/sims/faradays-law/faradays-law_pt_BR.html 22 . Nesta simulação é
possível observar que a mudança na velocidade com que se empurra o ímã, a inversão de suas
polaridades e o tamanho da bobina afetam o brilho da lâmpada, a magnitude e o sinal da
tensão (força eletromotriz).
21
22
<acesso em 10 de outubro de 2014>
<acesso em 10 de outubro de 2014>
41
3.2. O Protótipo de gerador didático
3.2.1. Materiais necessários
Para construção do gerador foram selecionados, basicamente, materiais de baixo
custo ou sucata. Os componentes utilizados foram:
01 - Motor de ventilador;
01 - Cilindro de madeira com diâmetro de 3,5 cm e comprimento de aproximadamente
3,5 cm;
04 - Ímãs de neodímio (1,0 cm x 1,0 cm x 2,5 cm).
01 - Fita isolante;
01 - Chave tipo Philips;
01 – Multímetro;
01 – Lâmpada conectada em soquete com fio de aproximadamente 1,0 m.
Figura 30 - Materiais para construção e teste do gerador
42
Boa parte dos materiais pode ser encontrada em sucatas, tornando a construção do
gerador de baixo custo. O motor, por exemplo, pode ser de um ventilador que não funcione
mais, que seria descartado para o lixo, ou seja, praticamente sem custo. Desse motor
aproveita-se a carcaça, o estator e o eixo.
Figura 31 - Partes do motor de ventilador
Ao fazer uso de um antigo motor de ventilador para a construção do gerador didático,
inverte-se a lógica de funcionamento do dispositivo. O motor convertia energia elétrica em
mecânica, o gerador se propõe a fazer o contrário.
O eixo do ventilador, sob o qual é montado o rotor, abrigava um sofisticado
eletroímã induzido: basicamente um sistema composto por uma bobina interna ao estator
(uma bobina fixa), que fazia, por sua vez, o papel de indutor. No gerador didático, o estator
(parte fixa) é quem receberá a corrente induzida, assim sendo, o rotor precisa tornar-se um
indutor (o que será feito com ímãs permanentes).
O rotor original (Figura 32) será, então, descartado e substituído por outro (que será
construído na montagem), aproveitando-se apenas o eixo. Pode-se descartar (se quiser) o
43
capacitor que tem a função de dar o torque inicial para que o ventilador funcione e mantenha a
velocidade, pois, no gerador didático não há esse necessidade.
Figura 32 - Rotor original
Nesta montagem utilizou-se um cilindro de madeira (para acomodar os ímãs e
mantê-los fixos ao eixo). Esse pedaço de madeira que pode ser encontrado sem nenhum custo
em marcenarias ou pode-se utilizar o cabo de uma ferramenta sem uso (enxada, enxadão,
cavadeira...). Nesse pedaço cilíndrico, devem ser feitos quatro fendas para posicionar os ímãs.
Essas fendas podem ser feitas com o auxílio de uma furadeira e um formão. No centro deve
haver um orifício por onde passará o eixo. É fundamental que o diâmetro do orifício seja
compatível com o diâmetro do eixo para que este fique bem justo.
Figura 33 - Madeira que servirá de suporte aos ímãs do rotor
Os ímãs de neodímio 23 apresentam campos magnéticos muito intensos (CATELLI,
1999). São facilmente comprados pela internet (por exemplo: www.mercadolivre.com.br),
pelo valor aproximado de R$ 13,00 a peça24.
23
Os ímãs de neodímio (feitos a partir de uma combinação de neodímio, ferro e boro — Nd2Fe14B) são os mais
poderosos ímãs permanentes feitos pelo homem. Para comparar ímãs permanentes utilizam-se algumas
propriedades como a reminiscência (Br), que mede a intensidade do seu campo magnético; a coercividade (Hci),
que indica a resistência do material a ser desmagnetizado; o produto energético (BHmáx), que representa a
densidade da energia magnética e a temperatura de Curie (TC), que é a temperatura a qual um material deixa de
se comportar como ímã. Dentre os materiais utilizados para a fabricação de ímãs permanentes, o neodímio
possuei a maior remanescência e sua coercividade e produto energético são muito altos. Em contrapartida,
apresentam uma temperatura de Curie muito mais baixa que outros tipos de ímãs. Fonte:
https://es.wikipedia.org/wiki/Im%C3%A1n_de_neodimio#cite_note-Wisegeek-3, <Acesso 24 de outubro de
2015>.
44
Figura 34 - Ímãs de Neodímio
3.2.2. A montagem
De posse desses materiais, o primeiro passo é desmontar o motor de ventilador. Com
o uso de uma chave tipo Philips retira-se os quatros parafusos que prendem o estator na
carcaça.
Figura 35 - Partes do motor de ventilador
Desmontado, deve-se descartar o antigo rotor. Com o auxilio de um martelo é
possível desprender o rotor do eixo com algumas pancadas leves, deixando o eixo livre. Com
o eixo livre, inserir o mesmo no orifício que se encontra no centro do cilindro de madeira,
posicionando-o na metade do eixo (Figura 36).
Figura 36 - Esquema de montagem do rotor
24
Valores consultados em 24 de outubro de 2015.
45
Com o pedaço de madeira na posição indicada, colocam-se os ímãs intercalando-se
os polos norte/sul, conforme Figura 377. Para não errar nas posições, coloca-se um ímã e
aproxima-se outro, percebendo-se repulsão, as duas faces são de polaridades iguais, ou seja,
norte/norte ou sul/sul. Sendo assim introduza o ímã na próxima fenda, respeitando a sequência
para as posições, fazendo com que a face de cima fique o oposto da anterior.
Figura 37 - Ímãs intercalados na madeira
O passo seguinte é prender esses ímãs de forma que os mesmos não se soltem. Como
estarão no centro do rotor, poderiam se desprender causando acidentes. Para imobilizá-los, foi
utilizada uma fita isolante comum (apenas pela aderência).
Figura 38 - Fixando os ímãs na madeira.
Com o rotor pronto, acoplado ao eixo, o passo seguinte é encaixar essa peça no
interior do estator que encontra-se preso à carcaça (Figura 399 e Figura 4040).
46
Figura 39 - Colocando o rotor no estator.
Figura 40 - A montagem
3.2.3. O teste
O rotor deve girar livremente dentro do estator. Se possível utilizar algum
lubrificante na parte da carcaça para que este gire com maior facilidade. Depois de montado,
está pronto para ser testado.
O teste pode ser feito utilizando-se um multímetro, que é um aparelho fácil de
encontrar no comercio local, seu valor varia em torno de R$ 30,0025. Basta conectar os fios
que saem do (agora) gerador ao multímetro, ligá-lo e colocar na posição “V~” que significa
corrente alternada. Neste caso pode-se deixar na posição “200V” e dar um torque inicial no
eixo. Quanto maior o torque, maior será a quantidade de corrente gerada.
25
Valor consultado em 24 de outubro de 2014.
47
Figura 41 - Teste com Multímetro
Da mesma forma pode se utilizar uma lâmpada presa a um soquete com fio (Figura
42), conectando as extremidades do mesmo ao multímetro. Ao dar o torque no eixo, para
qualquer lado, a lâmpada acenderá.
Figura 42 - Teste com lâmpada
Outros materiais, diferentes dos listados na montagem desse protótipo podem ser
utilizados. O motor pode ser de outro equipamento, como máquina de lavar, por exemplo. Os
ímãs podem ter o formato de moedas, que são mais em conta, ou mesmo de sucatas de discos
rígidos (HD) de computadores. O rotor pode ser feito com outro material, mais acessível se
for o caso, como massa de Epóxi. Para prender os ímãs ao rotor pode ser utilizado outro
material, como arame ou mesmo cola.
48
4. VALIDAÇÃO DA PROPOSTA
4.1. Caracterização dos destinatários da proposta e suas percepções sobre o ensino de
Física
A gênese desse trabalho está estritamente ligada à formação continuada dos
professores de Física de quatro município que compõem o Vale do Arinos26 e ao atendimento
de necessidades surgidas de sua prática pedagógica.
Por meio da oportunidade de atuação junto a esses docentes, tentou-se delinear as
características do grupo de professores que atuam no ensino de física na rede pública de
ensino dessa região. Naturalmente, a busca pela validação do produto deste trabalho
transcorreu, primeiramente, junto a esses docentes. Na apresentação dos resultados, na seção
seguinte, os indivíduos tiveram seus nomes codificados (adotando-se apenas as inicias).
Conseguiu-se reunir, no dia 18/10/2014, 17 (dezessete) professores dos municípios
do Vale do Arinos (Juara, Novo Horizonte do Norte, Porto dos Gaúchos e Tabaporã).
Os professores que participaram da formação lecionam a disciplina de Física em
escolas públicas dos municípios que compõem a região do Vale do Arinos são na maioria do
sexo masculino (82%), predominando a presença masculina nessa área de conhecimento.
A faixa etária desses professores varia de 25 a mais de 56 anos de idade. Grande
parte destes nasceu nas décadas de 1970 e 1980, conforme gráfico 01.
6%
18%
35%
25 - 30 anos
35 - 45 anos
46 - 55 anos
Acima de 56 anos
41%
Gráfico 01- Distribuição dos professores por faixa etária
26
Vale do Arinos é uma das microrregiões do estado brasileiro de Mato Grosso pertencente à mesorregião Norte
Mato-Grossense, é formada pelos municípios de Juara, Novo Horizonte do Norte, Porto dos Gaúchos, Tabaporã,
Nova Maringá e São José do Rio Claro. (Ver ANEXO V).
49
A falta de professores com licenciatura em Física é fato comum aos quatros
municípios atendidos pelo grupo.
Não há entre esses docentes, nenhum com formação
específica na disciplina, conforme gráfico 02. Dos 17 (dezessete), 15 (quinze) são licenciados
em Matemática e 01 (um) destes tem Mestrado em Educação; compõem ainda o grupo 01
(um) biólogo e 01 (um) pedagogo. Todos apresentam atualmente encargos didáticos na
disciplina de física em escolas que ofertam o Ensino Médio na região.
Pedagogia
6%
Física
0%
Ciências
Biologicas
6%
Matemática
88%
Gráfico 2 - Representatividade da formação de professores que atuam na disciplina de Física no Vale do Arinos
Quando questionados sobre qual conteúdo de Física os alunos apresentam maior
dificuldade de aprendizagem, 12 (doze) professores responderam que são os conteúdos
relacionados à eletricidade. Em suas justificativas alegaram que conceitos envolvidos eram
muito abstratos e as fórmulas e equações complexas. Percebeu-se, nessas respostas, que
prevalece a ideia de que a física é uma extensão da matemática, valorizando-se apenas a
aplicação de equações e a resolução de cálculos.
Em relação ao uso de experimentos didáticos, todos afirmaram que o fazem
raramente e alegaram falta de formação na área, insegurança e indisponibilidade de recursos
como motivos para essa baixa frequência. Apesar disso, todos concordaram que o uso de
experimentos em sala de aula contribui para uma aprendizagem mais significativa. Para o
professor F. F. O. “o experimento consolida a aprendizagem, pois além de unir teoria e prática
prende a atenção do aluno”. Já o professor A. C. S. afirma que “o experimento propicia um
50
melhor entendimento, uma vez que os alunos possam ver o resultado do mesmo acontecer em
tempo real”.
As concepções de ensino-aprendizagem (empírica, racionalista, construtivista...) que
poderiam direcionar os objetivos da ação docente não estão claras para esses professores. Eles
alegam que sua formação inicial não deu esse embasamento teórico além de que o fato de
estarem atuando fora de sua especialização também ajuda.
No entanto, quando questionados sobre como está o ensino de física nas escolas,
algumas respostas foram contraditoriamente positivas, como a do professor W. F. O. “estamos
fazendo um ótimo trabalho, trabalhamos com vídeos, textos, histórias, contos e experimentos,
ou seja, de uma forma que a aula venha a ser de modo produtivo e atraente”.
Já a professora M. A. R. R. não demonstrou a mesma animação para o ensino de
física que é ministrado em sua escola: “não temos professor na área e ainda (trabalhamos)
com uma aula por semana! Está péssimo! Quase não se tem experimentos nas aulas. Na feira
do conhecimento fizeram experimentos aleatórios, sem explorar seus conceitos ou
aplicabilidades”.
A investigação das percepções desse grupo de professores é abordada em detalhes na
próxima seção, explicitando os resultados que foram coletados por meio de um questionário
semi-estruturado.
4.1.2. Análise das respostas dos professores
O questionário era composto por duas partes. A primeira com questões objetivas para
conhecer melhor os sujeitos envolvidos (sexo, idade, formação acadêmica, em qual turma
trabalham e por quanto tempo). A segunda parte era composta por cinco questões abertas.
Buscou-se verificar junto aos professores quais seriam os conteúdos de física nos quais os
seus alunos apresentam maiores dificuldades (questão 01); qual a frequência esses docentes
fazem uso em suas aulas de atividades experimentais (questão 02);qual o posicionamento
destes em relação às atividades experimentais e o potencial destas para a atividade
significativa (questão 03); se tinham conhecimento do gerador elétrico e entendiam o seu
funcionamento, além de verificar se percebiam o seu potencial para o ensino de conceitos
físicos (questão 04); e como percebiam o ensino de física em suas escolas (questão 05).
Questão 01 – As dificuldades dos alunos segundo os professores.
51
Foram elencados vários assuntos dentro da Física que apresentam dificuldades, os
mais comuns, conforme o grafo de frequência dos temos citados, estão relacionados à
eletricidade, às formulas e aos cálculos matemáticos.
Figura 43 – Nuvem de termos com conteúdos e elementos relacionados à dificuldade dos alunos, segundo os
professores
Dos dezessetes professores, a maioria (70%) elencou conceitos relacionados à
eletricidade/eletromagnetismo.
Tabela 1 - Questão 01, as dificuldades dos alunos segundo os professores – ênfase para os conteúdos de
eletricidade/eletromagnetismo.
F. F. L.
Eletricidade, cálculos, notação cientifica, conceito de átomo, por apresentar
conceitos bastante abstratos.
L. S.
Eletricidade e magnetismo a dificuldade e mais na parte de cálculos e
formulas.
M. A. R. R.
Trabalho – Força, Eletricidade – Corrente elétrica e energias.
M. B. C. N.
Estudo dos gases e conteúdos relacionados a corrente elétrica. Tem
dificuldade nas fórmulas que exigem cálculos matemáticos.
M. S.
Eletromagnetismo, por ter alguns conceitos bem abstratos.
R. J. S.
É sobre carga e potencia elétrica, na aplicação das fórmulas, pela quantidade
necessária de aula para entendimento do assunto.
52
S. F. C.
Série inicial a cinemática, no segundo ano óptica e no terceiro ano desde da
introdução da corrente elétrica até capacitores.
T. A. B. G.
Eletricidade e conceito de átomo.
T. G.
Na eletricidade, por causa da linguagem matemática e por ser bem abstrata.
T. U.
Cinemática, óptica e eletromagnetismo.
W. F. O.
Na eletricidade e na Mecânica, nos 1º e 3º anos, por causa da linguagem
algébrica, ou seja, na expressão matemática e na interpretação de algumas
palavras da linguagem da disciplina.
W. S. F.
Eletromagnetismo e a dificuldade está nas fórmulas.
Os
três
professores
que
não
mencionaram
conceitos
de
eletricidade/eletromagnetismo (A. B., J. A. M.. e L. M. O),trabalham somente no primeiro e
segundo ano, séries nas quais o eletromagnetismo normalmente não é discutido. O professor
A. C. S. leciona para turma de 3º ano do Ensino Médio, mas se referiu a outros conteúdos
como problemáticos, além de ressaltar a matemática associada como geradora de dificuldades
para seus alunos.
Tabela 2 - Questão 01, as dificuldades dos alunos segundo os professores– conteúdos diversos e matemática.
A. B.
Força resultante, inércia e interpretação de exercício aplicado.
A. C. S.
Estudo do gases (Pressão atm). Por que encontram maior dificuldades nas
fórmulas, ou seja, nos cálculos matemáticos.
J. A. M.
Trabalho com o 1º ano e eles tem muitas dificuldades em realizar cálculos e
aplicar fórmulas.
L. M. O.
Força e trabalho, por causa das fórmulas.
Houve ainda quem mencionasse a estrutura deficiente e a falta de recursos como
obstáculo ao processo de ensino-aprendizagem (R. T. S.).
53
Tabela 3 - Questão 01,as dificuldades dos alunos segundo os professores – problemas estruturais e falta de
recursos.
R. T. S.
Principalmente que diz respeito a pequenas fórmulas e/ou teorias, pois quase
sempre não possuímos nem laboratório de física e nem computadores para
pesquisar, visto que nosso laboratório está inoperante desde quando este foi
instalado, cabendo a nós voltar a giz e quadro negro.
O conjunto das respostas apresentadas à essa questão sugere também que esses
professores percebem a física como uma extensão da matemática, valorizando-se em demasia
a aplicação de equações e a resolução de cálculos, possivelmente transmitindo também essa
visão de física para seus alunos.
Questão 02 – A utilização de experimentos em sala.
Observou-se que os professores não possuem o hábito de realizar experimentos,
sendo o tempo o principal “culpado”.
Figura 44 - Grafo de termos sobre a utilização de experimentos em sala.
Quatorze dos dezessete professores assumiram não se aproveitar dessa metodologia.
Alguns colocam o tempo com obstáculo (A. C. S., A. M., M. S. e R. J. S. J.). Já o professor
W. F. O. justificou a baixa frequência com que usa a experimentação em sala por uma
preocupação com a segurança dos alunos. Formação deficiente também foi citada nas
respostas de L. S. e W. S. F.,que disseram não se sentir seguros em realizar atividades
experimentais.
As respostas de A. B., R. T. S. e T. G. não forneceram elementos suficientes para
saber a frequência com que utilizam de experimentos em sala de aula.
Tabela 4 - Questão 02, a utilização de experimentos em sala.
A. B.
Em relação ao experimento de física utilizamos vários métodos,
principalmente este mesmo método usado neste mini curso de física.
54
A. C. S.
Sempre que o tempo nos propicia ou um trabalho no semestre.
F. F. L.
Muito raramente.
J. A. M.
Faço muito pouco, o tempo é curto.
L. M. O.
Quase não uso.
L. S.
Pouco, por falta de capacitação na área.
M. A. R. R.
Pouca frequência.
M. B. C. N.
Raramente.
M. S.
Gosto do experimento, porém o tempo não é nosso aliado.
R. J. S.
Pouca frequência, devido o tempo hora-aula para a disciplina (1 aula).
R. T. S.
Sempre que possível, e que os alunos se empenham mais nas práticas.
S. F. C.
Raramente, devido ao tempo e também recursos dos materiais fornecido pela
escola.
T. A. B. G.
Muito raro.
T. G.
Sempre que possível.
T. U.
Raramente.
W. F. O.
Desde que o conteúdo exige menos riscos ao alunos, pois elaboro com
frequência em lugares que exige segurança para todos.
W. S. F.
Pouco, por insegurança.
Questão 03 – Os experimentos e a aprendizagem em física.
O grafo com os termos expressos pelos professores ao se referir à relação entre os
experimentos e a aprendizagem, sugere um posicionamento positivo do grupo nesse sentido.
55
Figura 45 - Grafo de termos sobre a contribuição dos experimentos à aprendizagem
Apesar de utilizarem pouco, todos defenderam o uso de experimentos em sala de
aula como facilitadores para a aprendizagem em física. Onze dos dezessetes professores
deram destaque à relação entre teoria e a prática, ou seja, que o experimento é capaz de
estreitar essa relação.
Tabela 5 - Os experimentos e aprendizagem.
A. B.
Este experimento é muito precioso pois através dele conseguimos entender
melhor o conteúdo usando a prática.
A. C. S.
Sim, o experimento nos propicia um melhor entendimento, uma vez que os
alunos, possam ver o resultado do mesmo acontecer em tempo real.
F. F. L.
O experimento consolida a aprendizagem, pois além de unir a teoria e prática
prende a atenção do aluno.
J. A. M.
O experimento é importante, desperta a atenção dos alunos.
L. M. O.
Creio que é importante e serve para melhor entender os conteúdos.
L. S.
Sim, aliando teoria com a prática o aprendizado fica mais significativo.
M. A. R. R.
Com certeza contribui para quebrar a distancia de teoria/conceitos para a
prática. Aliás, fiz experimentos com energia solar acender led e eólica, isso
despertou o interesse de muitos alunos para ir além da proposta.
56
M. B. C. N.
Sim, com o experimento há uma aproximação entre teoria e prática.
M. S.
Trabalhar com experimentos propicia uma aproximação da teoria e prática e
desperta a curiosidade dos alunos. E o fato de você pegar uma situação vivida
por pessoas de nossa sociedade e trazer pra sala de aula, marca um ponto
importante para a promoção da aprendizagem, sem ficar muito preso ao livro
didático.
R. J. S.
Sim, positivamente, pois só por meio da prática interagindo com a teoria é
que teremos a construção do conhecimento.
R. T. S.
Com certeza, cada experimento realizado são novas descobertas tanto para os
alunos e até nós mesmos
S. F. C.
Sim, pois ele podem verificar na prática o que foi vivenciado na teoria.
T. A. B. G.
É muito interessante, é uma realidade que pode ser trabalhada em sala e com
isso os alunos se envolvem mais.
T. G.
São bons pois os alunos participam mais.
T. U.
Sim, chama a atenção do aluno e verifica a teoria.
W. F. O.
Bom ajuda muito, pois todas as pessoas envolvidas trocam ideias sobre o
conteúdo que está sendo apresentado em prática.
W. S. F.
Sim, a prática prende a atenção do aluno e com isso aprendem melhor.
Dentro desse grupo de professores, alguns destacaram a atuação comportamental dos
alunos frente ao experimento “chama/prende/desperta a atenção” (F. F. L., T. U.,W. S. F. e J.
A. M.) e “desperta curiosidade” (M.S.). Com essas posturas, insinua-se uma predisposição à
aprendizagem.
57
Questão 04 - Conhecimentos prévios sobre geradores
Os professores disseram possuir conhecimento do gerador de alguns conceitos
relativos ao seu funcionamento.
Figura 46 – Nuvem de termos relativos aos conhecimentos prévios sobre geradores, segundo os professore.
As respostas à essa questão indicam que, mesmo que a maioria dos professores (11
do total) alegam conhecer o gerador,eles não sabem realmente como funciona, tendo
dificuldade em expressar relações entre os conceitos físicos do eletromagnetismo com o
gerador propriamente dito.
Tabela 6 - Conhecimentos prévios sobre geradores segundo os professores
A. B.
Já vi, mas não cheguei na oportunidade de explorá-lo.
A. C. S.
Sim, poderíamos trabalhar, sobre potência, intensidade de corrente, tensão
elétrica, resistência, força eletromotriz e força contra eletromotriz.
F. F. L.
Conheço apenas teoricamente, na oficina de hoje que tivemos um contato com
um gerador. Podemos trabalhar os conceitos de campo magnético, corrente
elétrica, potencial elétrico, circuito elétrico.
J. A. M.
Sim. Serve para fornecer energia e dá para trabalhar vários conceitos, como
corrente elétrica, força.
L. M. O.
Já vi mas não explorei.
58
L. S.
Não, posso dizer que serve para gerar corrente continua apartir de um campo
magnético.
M. A. R. R.
Não conheço, porem pude perceber que pode ser trabalhado corrente elétrica,
campo magnético, a utilidade dos ímãs.
M. B. C. N.
Sim, pode-se trabalhar com potência, corrente, tensão e força.
M. S.
Sim, tem um rotor que gira e fornece energia. Dá para se trabalhar conceitos
como, força, trabalho, corrente, campo, etc.
R. J. S.
Sim, contudo não é da prática, trabalhar como objeto de aula, sabemos que é
fornecido por variáveis geométrica e que sua função principal vai ser gerar um
campo magnético capaz de gerar energia realizado por um conjunto de
conceitos como polaridade, estática, velocidade, aceleração, etc.
R. T. S.
Sim. Em sua maioria são geradores aos quais tem a função de fornecer
energia, através de uma “propulsão da força”. Além dos apresentados também
como foi posto os ímãs, com seus campos magnéticos alternados,
proporcionando maior e meios de interações. Explorando o Magnetismo e seus
polos N. S. condutores elétricos. Meios alternativos de transportes de Energia,
Voltímetro, Tensão, Voltagem.
S. F. C.
Segundo meus conceitos entendo que o gerador elétrico é proveniente do
trabalho mecânico que em seguida é convertido em energia.
T. A. B. G.
Sim, mas não tive contato prático com ele, de desmontar para ver como é
dentro, e vimos que é possível trabalhar vários conceitos como o campo
magnético, potencia, corrente, indução.
T. G.
Sim, funciona para gerar energia e podemos trabalhar com vários conceitos,
entre eles: corrente elétrica, tensão, indução e campo magnético.
T. U.
Gerador elétrico converte energia mecânica em elétrica.
W. F. O.
Sim, é utilizado para fazer com que os eletrodomésticos os receptores
funcionem temos vários conceitos tais como: corrente elétrica, tensão,
movimento circular, corrente alternada e continua e campo magnético.
W. S. F.
Não, mas dá para ver que serve para produzir energia com o campo
magnético.
59
Questão 5 – O Ensino de Física nas escolas
Figura 47 - O ensino de física e sugestões - nuvem de termos a partir das respostas dos professores
Os professores reconhecem que precisam melhorar o ensino de física e apontam
como fator determinante a formação, como citado por: A. C. S., L. S., M. B. C. N. e W. S. F.
Isso renova a importância da formação continuada no sentido de contribuir com a capacitação
para a atuação pedagógico desses professores.
A baixa quantidade de aulas destinadas ao ensino de física nas escolas e o tempo
escasso para o fazer pedagógico propriamente dito, foram outros fatores citados nas respostas
dos professores. Dentro desse contexto, os professores R. T. S., T. A. B. G. e J. A. M.
enfatizaram a necessidade de melhores condições de trabalhos, cientes de que questões
estruturais podem influenciar no processo de ensino-aprendizagem.
Os comentários dos professores R. J. S., W. F. O. e T. G. mostram que alguns estão,
apesar das dificuldades, trabalhando no sentido de despertar o interesse nos alunos a fim de
facilitar a aprendizagem em física.
Tabela 7 - O Ensino de Física e sugestões, de acordo com os professores.
A. B.
O ensino de física em geral nas escolas está fraco devido a carga horária em
que o conteúdo é aplicado, isto acarreta no aluno um fraco desempenho em
física, necessitando de mais aulas de física.
A. C. S.
Dentro do mínimo possível que a carga horária nos fornece o ensino de
física, torna-se reprodutivo livro/lousa/aluno. Seria necessário pensar em
capacitar o professor para trabalhar essa disciplina, uma vez que na maioria
das escolas não há o professor formado em física.
60
F. F. L.
O ensino da física infelizmente está defasado, temos um tempo de aulas
insuficiente, falta material didático, profissionais formados na disciplina
específica, livro didático para os alunos. Feito essas mudanças o ensino de
física seria melhorado e com maior qualidade.
J. A. M.
Em minha escola que é do campo falta muito recursos, temos somente alguns
livros e isso compromete as aulas.
L. M. O.
No geral está fraco, precisa de mais aulas.
L. S.
Uma melhor formação do profissional na área especifica de Física, pois a
maioria da escola são os professores de matemática e ciências naturais que
ministram essas aulas.
M. A. R. R.
Não temos professor na área e ainda (trabalhamos) com uma aula por
semana! Está péssimo! Quase não se tem experimentos nas aulas. Na feira do
conhecimento fizeram experimentos aleatórios, sem explorar seus conceitos
ou aplicabilidades.
M. B. C. N.
A carga horária não fornece condições e torna o ensino repetitivo e
necessário capacitar os professores e aumentar as aulas.
M. S.
Está indo bem, mas somos prejudicado com um reduzido números de aulas
semanais, e assim não dá para fazer muitos experimentos.
R. J. S.
Aqui na escola, a professora está envolvendo a teoria com a prática, os alunos
estão construindo materiais importantes, como sistema elétrico. Infelizmente
ela não participou desse curso para compartilhar suas experiências em sala de
aula. Contudo, o curso me proporcionou resgatar os momentos que trabalhava
com esses materiais. Assim buscarei melhorar meus planejamentos pois sou
conhecedor que envolver teoria e prática, fará a aula decorrer numa dialética
ambos a reciprocidade do conhecimento passa a ter o principal condutor do
diálogo do ensino aprendizagem.
R. T. S.
Bom, porém faltam materiais e também um laboratório de física e informática
para proporcionar maior interesse por parte dos alunos ao aprendizado. Um
laboratório atuante e maior tempo para planejar e elaborar aulas práticas.
S. F. C.
Na nossa escola o ensino de física em reduzido em uma aula por semana. O
que dificulta o repasse dos conteúdos e prática. E concluo que a melhora seria
um aumento carga de aula de física.
T. A. B. G.
É difícil de trabalhar, não somos formados na área e falta materiais.
T. G.
Está bom, estou sempre diversificando as atividades, com vídeos.
61
T. U.
São poucas aulas e dá para trabalhar poucas coisas, deveria aumentar o
número de aulas.
W. F. O.
Estamos fazendo um ótimo trabalho, trabalhamos com vídeos, textos,
histórias, contos e experimentos, ou seja, de uma forma que a aula venha a ser
de modo produtivo e atraente
W. S. F.
Acontece não dentro do esperado, são poucas aulas e não temos formação
específica.
Em linhas gerais, percebeu-se que os professores envolvidos não apresentam
formação adequada e, por mais que tenham boa vontade, as tentativas de se fazer um bom
trabalho vão de encontro ao domínio da física, às condições de trabalho que encontram em
suas escolas e a uma visão equivocada da disciplina. Confirma-se assim a relevância da
formação continuada no sentido de diminuir parte da problemática enfrentada por esses
profissionais.
Constatação semelhante é encontrada em Santos et al (2004). Seu trabalho tinha
como objetivo identificar os principais obstáculos ao uso de atividades experimentais pelos
professores e, como pesquisa-ação, levando-os a reconhecer a importância da atividade
experimental e utilizá-la em sala de aula.
Por meios de questionários e diários escritos pelos professores constatou pouca
familiaridade com atividades experimentais.
A maior parte dos professores não realiza atividade experimental por que acredita
que são muito trabalhosas, exigem tempo excessivo, espaço e materiais específicos.
Isso faz com que não se sintam seguro quanto à forma de incorporar este recurso na
dinâmica de suas aulas. (SANTOS et al, 2004, p. 01).
Seu trabalho traz um relato de um mini curso desenvolvido no ano de 2001, com 31
professores de escola públicas do estado de São Paulo “O Ensino de Mecânica através de
Atividades de Laboratório de Baixo Custo, Informática e outros Recursos Didáticos”. Dentre
esses professores foram analisados os diários de seis, pois os demais não apresentavam dados
suficientes que contribuíam à sua pesquisa. Dos seis, dois eram licenciado em Física, três em
Matemática e destes dois com habilitação em Física e um em Ciências Biológicas.
Nos relatos dos professores observa-se que valorizam as atividades experimentais e
acredita que com elas pode promover uma aprendizagem com significado, como por exemplo,
62
o professor J.B.27 “... quando o aluno vê onde a física pode ser aplicada, fica muito mais
fácil...” e também da professora S.M.28 que afirmar querer “Aprender a utilizar experimentos
nas aulas de Física, tornando-as mais agradáveis e interessantes”. Já o professor U.C. 29
justifica o não uso de atividades experimentais devido ao número de aulas, “tenho salas com
apenas uma aula por semana. É possível desenvolver um trabalho como esse? Não sei, no
momento tenho minhas dúvidas”.
Para Santos et al, o trabalho foi proveitoso, pois fez com que refletissem
proporcionando mudança de concepções a respeito de suas práticas pedagógicas
Observamos através da análise dos resultados que houve uma mudança significativa
nos professores devido ao trabalho desenvolvido. Essa mudança não foi apenas
conceitual, mas também metodológica. Uma parte expressiva do grupo passou a se
preocupar mais com a preparação das aulas, com o pensar e elaborar objetivos para
seus cursos além de tentar inserir quase que imediatamente as ideias e práticas
abordadas nos encontros referentes ao laboratório de baixo-custo. (SANTOS et al,
2004, p. 16)
Santos et al compreendem a formação continuada como um espaço importante, onde
as trocas de experiências e o planejamento coletivo são requisitos para melhorar a prática
pedagógica.
O trabalho realizado por Alves (2005), foi proposto para resgatar nos alunos de uma
escola pública do município de Palmas/TO, o interesse pelas aulas, pois constatou-se que nos
3º anos do Ensino médio a reprovação chegava a 93% nas aulas de Física.
Alves aponta como principais motivos o desinteresse, a baixo-estima e a dificuldade
em compreender a Física e relacioná-la com as atividades do cotidiano. Para minimizar tal
situação propôs pesquisas em grupos relacionados à Eletricidade para num segundo momento
desenvolver atividades experimentais.
Logo de inicio observou-se um maior empenho por parte dos alunos em participar
das atividades, aos poucos iam aumentando a assiduidade e o interesse dos alunos pelas aulas,
e passaram a enxergar a Física em seu dia a dia.
Durante as pesquisas e atividades experimentais, procurou-se colocar o aluno na
condição de “ator”, permitindo que ele construísse seu material experimental –
construção de motores, eletroímãs, circuitos simples, etc. –, realizasse seus
experimentos, elaborasse e testasse suas hipóteses. (ALVES, 2005, p. 03).
27
Licenciado em Matemática com habilitação em Física.
Licenciada em Matemática.
29
Licenciado em Física.
28
63
Alves conclui que, com o trabalho desenvolvido, resgatou-se, na maioria dos alunos,
a motivação, o interesse e acima de tudo a autoestima de cada um, pois enquanto iam
desenvolvendo suas práticas e seus experimentos grande parte dos alunos descobriram que a
Física está presente nas principais atividades que eles costumam fazer no dia-a-dia.
Os dois trabalhos analisados (Santos e Alves), reforçam o discurso dos professores
nesta pesquisa. As atividades experimentais proporciona uma maior interação entre
professores e alunos e facilita uma aprendizagem com significado. Apesar da importância
dada, a mesma não é frequente em sala e, até mesmo professores com formações específica
apresentam restrições em fazê-las.
4.1.3. A aplicação do protótipo do gerador junto aos professores
Diante das considerações e resultados da literatura que embasam este trabalho, foi
apresentada ao grupo de professores do Vale do Arinos uma proposta de atividade
experimental. A atividade consistia em construir um gerador elétrico (tal como exposto na
seção 3.2) e explorar suas potencialidades como alternativa didática para o ensino de física,
numa perspectiva de potencializar a aprendizagem significativa e crítica de conceitos como
corrente elétrica, tensão, resistência, potência, indução e outros que, como disseram,
normalmente são abordados apenas de forma abstrata e descontextualizada.
Quando questionados se conheciam os geradores elétricos e seu funcionamento, a
maioria (onze deles) afirmou que conheciam, mas não sabiam realmente como funcionam,
tendo dificuldades em fazer uma ligação dos conceitos físicos do eletromagnetismo com o
gerador.
Ficou evidente que uma formação continuada que levasse em conta as
potencialidades didáticas do gerador elétrico ia ao encontro das necessidades apresentadas
pelos educadores.
Como quatro desses professores atuam com a educação no campo, o ensino por meio
da experimentação com o do gerador tem potencial de favorecer a significação do
conhecimento físico face aos contextos sociais nos quais eles e seus alunos se inserem.
Aparato semelhante é utilizado em comunidades atendidas por esses docentes e eles próprios
haviam alegado curiosidade em torno da transformação do movimento da água em energia
elétrica naquelas residências.
64
Com materiais de baixo custo, foi proposta a construção de um gerador elétrico, um
protótipo a ser explorado em sala de aula. O modelo baseou-se nos geradores que famílias no
assentamento Banco da Terra do município de Juara/MT possuem.
Foi sugerido um motor de ventilador (sucata) e alguns ímãs para a montagem do
gerador. A ideia era fazer que percebessem que uma corrente induzida era capaz de acender
uma lâmpada e com isso fomentar a discussão dos conceitos envolvidos.
De inicio ficaram apreensivos e alguns até duvidaram que seria possível. Ainda
assim, todos se envolveram e deram palpites.
O motor do ventilador é composto basicamente de uma carcaça que serve de
sustentação para o eixo ao qual está acoplado o rotor que gira dentro do estator.
Evidenciou-se que o motor do antigo ventilador precisava de uma força externa para
funcionar, convertendo energia (elétrica em mecânica, no caso do ventilador). Nesse caso,
propunha-se o contrário: uma força externa girar o eixo do rotor que contém ímãs, variando o
fluxo do campo magnético entre o rotor e o estator, gerando uma corrente induzida que sairia
pelos fios das bobinas.
De posse dos materiais listados na seção 3.2., o desafio era montar o gerador de
modo que fornecesse energia elétrica suficiente para acender uma lâmpada fluorescente de 20
W de potência. Os professores se empenharam (Figura 48) e, apesar de terem feito a lâmpada
piscar (prova de que a conversão de energia era possível), eles não consideraram o objetivo
alcançado, pois a luz não era mantida e sua intensidade era baixa. Com um multímetro foi
possível verificar que a quantidade de energia era insuficiente.
Figura 48 - Professores testando o experimento
65
O “erro” permitiu que surgissem discussões no sentido de verificar o que não estava
certo: se o problema era a montagem ou se o aparato realmente não funcionava. O professor
M. B. A. N. lembrou que, de acordo com o que havia sido apresentado sobre os geradores no
assentamento, as polarizações dos ímãs se alternavam: ora norte, ora sul. A partir disso,
verificaram a montagem e constatou-se que havia três dos ímãs que estavam dispostos com
polaridades iguais, o que influenciava diretamente no campo magnético resultante e,
consequentemente, na produção da corrente elétrica induzida.
Foi feita uma nova montagem, dessa vez observando as polaridades dos ímãs. O
resultado ao final foi aquele que esperavam inicialmente.
Dada a riqueza da interação com os professores, optou-se por registrar parte dessa
formação continuada em vídeo, com o aval dos professores envolvidos, o mesmo está
disponível em: http://youtu.be/wBUmpRgWYVM.
A atividade serviu de base para a elaboração de outro vídeo, disponibilizado
http://youtu.be/z4kU_OwgVvo, detalhando a construção do gerador elétrico com os materiais
de baixo custo apresentados.
Depois do experimento, foram elencados pelos professores alguns conceitos que
poderiam ser trabalhados em sala com o auxilio do gerador. Foram listados, por exemplo:
força eletromotriz, potencial elétrico, intensidade de corrente, tensão elétrica, resistência,
magnetismo, campo, corrente, indução, circuito elétrico entre outros.
Os professores alegaram ser possível trabalhar com o gerador elétrico em sala, por
ser simples de montar, apresentar baixo custo e envolver muitos dos conceitos físicos do
eletromagnetismo, tornando-os “visíveis” aos alunos, efetivando a relação teoria-prática e
potencializando uma aprendizagem mais significativa. Para o professor M. F. “o fato de você
pegar uma situação vivida por pessoas de nossa sociedade e trazer pra sala de aula, marca um
ponto importante para a promoção da aprendizagem, sem ficar muito preso ao livro didático”.
Conforme Machado (1999) apud Pereira (2010), e em sintonia com o que foi
expresso pelos professores, é importante valorizar propostas alternativas de ensino,
conciliando teoria e prática, e respeitando o contexto social, as relações e as individualidades
dos alunos, dando-lhes a oportunidade de questionar, negociar, construir e reconstruir
conceitos em consonância com suas vivencias.
66
4.2. Validação do produto com alunos
Após a formação com os professores, na qual foi apresentado o protótipo do gerador,
buscou-se uma sala de aplicação para a validação do trabalho junto a alunos do Ensino Médio.
Para esse ensaio, conseguiu-se acesso a uma turma do 3º ano do ensino médio na
modalidade EJA (Educação de Jovens e Adultos).
Nas escolas disponíveis para a aplicação, as turmas do ensino médio regular
encontravam-se no final do primeiro semestre letivo, período em que as turmas normalmente
dedicam-se às provas e o ambiente escolar torna-se menos receptivo a intervenções externas,
como a que se pretendia. A organização diferenciada da EJA, por trimestres, aliada ao fato de
que essa turma não se encontrava ainda em período de avaliações, favoreceu a recepção da
proposta por um dos professores que havia participado da formação com o gerador.
A EJA apresenta algumas particularidades. Nas aulas, normalmente o professor
busca pelo reconhecimento e valorização das experiências e dos saberes acumulados pelos
alunos que, em sua maioria, são adultos que não puderam cursar o ciclo regular e já
trabalham. Não é incomum também que sua carga horária efetiva seja reduzida, o que pode
colaborar para o estigma de educação de menor qualidade, o que não é necessariamente
verdade. A diversidade etária e de vivências encontrada numa única sala também é uma
característica marcante.
4.2.1. A escola
A Escola Estadual, hoje denominada, “CEJA José Dias”, atende em torno de 500
alunos, tem uma boa estrutura física, salas com ar condicionado, mobília adequada e espaço
suficiente para as práticas pedagógicas. Conta com uma sala de informática que possui 30
computadores destinados ao uso da comunidade escolar.
O corpo docente é composto por professores habilitados e que atuam por área de
conhecimento. Eles participam de formações continuadas semanalmente, dando ênfase às
políticas destinadas à Educação de Jovens e Adultos.
4.2.2. A turma
O contingente de alunos é formado por alunos da EJA, com faixa etária de 18 a 75
anos. Nas palavras do professor regente: são “sonhos e realidades totalmente diferentes”. A
turma é composta por 25 alunos regularmente matriculados, no entanto, o que se observa é
67
que boa parte (em torno de 28%), não são assíduos. Segundo relatos, a jornada de trabalho
diária e compromissos pessoais do dia a dia contribuem para a falta de assiduidade.
Na turma temos jovens que residiam em sítios e fazendas e não tiveram
oportunidades de estudar, uma vez que nessas localidades é ofertado apenas o Ensino
Fundamental. Somente vindo para a cidade esses jovens podem tentar a continuidade em seus
estudos, ainda assim, tem de estudar no período noturno, pois durante o dia precisam
trabalhar.
Há donas de casas, e entre elas há algumas que trabalham fora de suas residências
para ajudar no sustento da família, tendo que conciliar estudo, trabalho e os cuidados com a
própria família. Estão ali estudando em busca de melhores condições de vida: “se não tiver
Ensino Médio é difícil de arrumar um emprego melhor (R. L. J.)”. Duas dessas alunas levam
os filhos pequenos para a escola, pois não tem com quem deixá-los.
Os adultos do sexo masculino (40% da classe) são majoritariamente trabalhadores
braçais, cumprindo suas jornadas de serviços no frigorífico da cidade, em madeireiras ou
como serventes de pedreiro. Estudam com a esperança de dias melhores e também para
incentivar seus filhos. É, entretanto, nesse grupo que se encontram os mais faltosos.
Na classe, 8% dos alunos têm mais de 60 anos de idade. Eles afirmam que estudam
para se distrair, fazer amizades e servir de exemplo aos mais jovens, que muitas vezes tem a
oportunidade, mas não estudam: “É agora que eu estou tendo essa oportunidade, já estou aqui
na escola há 05 anos e sempre aprendo alguma coisa nova, como essa experiência da energia.
(M. E. W.)”.
O principal motivo de esses alunos estarem frequentando uma sala de EJA, segundo
eles, foi a falta de oportunidade de cursar o ciclo regular, já que a maioria é oriunda do campo
não tiveram, na idade devida, a chance de frequentar a escola pois até há alguns anos atrás a
educação no campo era pouco ofertada. A necessidade de trabalhar para ajudar no sustento da
família e a distância das poucas escolas disponíveis também os impediam de estudar. Apenas
uma aluna mencionou as reprovações recorrentes como motivo para ter se afastado da escola.
4.2.3. As aulas
As aulas foram ministradas pelo professor da turma. Foi proposto a sequência
didática do material do GREF (1998), por ser acessível e bem contextualizada. Também
foram indicados links de simulações e vídeos de animações disponíveis na internet. Para a
montagem do protótipo de gerador foi disponibilizado um tutorial para o professor.
68
Durante as aulas os alunos interagiram bastante, sempre alguém tinha uma história
para contar relacionada à eletricidade. O assunto despertou bastante interesse, no entanto a
complexidade dos conceitos envolvidos os deixavam atordoados. Não houve um
aprofundamento nesse sentido, as aulas teóricas expositivas eram uma espécie de palestra
ministrada pelo professor e alguns faziam umas poucas anotações em seus cadernos. Nessas
aulas o professor utilizava sempre o projetor de imagens para apresentar os conteúdos.
Na primeira aula, antes de introduzir os conteúdos foi aplicado um pré-teste para
verificar quais conhecimentos a turma tinha a respeito do eletromagnetismo. Observou-se
nesse momento uma grande dificuldade de interpretar as questões. Muitos liam sem prestar
atenção nos enunciados e não tinham por hábito verificar suas respostas ou buscar
esclarecimentos antes de devolver o questionário.
Depois de trabalhada a parte teórica, o professor reservou duas aulas no laboratório
de
informática.
Nesses
momentos
iniciou
com
a
simulação
disponível
em:
https://phet.colorado.edu/pt_BR/simulation/generator30.
Figura 49 - Simulação do gerador. Fonte: https://phet.colorado.edu/pt_BR/simulation/generator
Aqui destacou que quando aumenta a vazão da água e, consequentemente, a pressão
exercida nas palhetas, o ímã (rotor) gira com maior velocidade, aumentando a corrente.
Aumentando a vazão, aumentava-se a velocidade angular e, consequentemente, a tensão é
maior. Observa-se, também, que o aumento, tanto em números como em tamanho, das espiras
influencia diretamente na tensão, produzindo uma corrente maior.
Na simulação disponível em https://phet.colorado.edu/sims/faradays-law/faradayslaw_pt_BR.html 31, indicou como a diferença de velocidade com que se empurra o ímã, a
30
31
<acesso em 06 de agosto de 2015>
<acesso em 06 de agosto de 2015>
69
inversão de polaridades e o tamanho da bobina afetam o brilho da lâmpada, a magnitude e
sinal da tensão.
Figura 50 - Simulação da lei de Faraday – Fonte: https://phet.colorado.edu/sims/faradays-law/faradayslaw_pt_BR.html
Nas duas simulações citadas, houve muita interação tanto entre os alunos quanto
entre a turma e o professor. Conseguiram externar relações como: o aumento da vazão da
água e a produção de energia, a intensidade de rotação do ímã e o brilho mais ou menos
intenso da lâmpada, e que a velocidade imposta ao ímã também influenciava no brilho
observado.
Figura 51 - Aulas no laboratório de informática
70
Aqui foi feito um paralelo com usinas hidrelétricas para que os alunos construíssem
conhecimento a respeito da produção de energia e pudessem relacionar melhor o que
estudaram com o seu dia a dia. O aluno, R. D. F. mencionou o aumento na conta de energia
elétrica, estabelecendo a relação entre a disponibilidade de água e a geração e oferta de
energia pelas usinas: “a falta de chuva está fazendo com que aumente a energia (custo), pois
precisa de bastante água para produzir”.
4.2.4. O experimento
A atividade experimental causou curiosidade e apreensão pelos alunos. Em uma
mesa foram disponibilizados os materiais necessários para a construção do gerador.
O professor recordou a eles sobre a lei de Faraday e mencionou as simulações
realizadas no dia anterior, onde a proximidade do ímã junto à bobina gerava uma voltagem
induzida e consequentemente uma corrente. Ele se propôs a montar primeiro, explicando
passo a passo como deveriam proceder. Neste momento a turma toda estava ansiosa e o
acompanhava atentamente.
Figura 52 - Aula prática, professor montando gerador.
Apesar da expectativa, o gerador não funcionou como esperado no primeiro teste,
não fornecendo energia suficiente para acender uma lâmpada de 15 watts. Isso já foi o
suficiente para pensarem se realmente funcionava.
(...) ao conhecerem as partes e finalidades do gerador, percebeu-se a vontade de
verificação, ou seja, era chegado o momento da teoria ser materializada! A atenção
ficou voltada ao momento em que o multímetro mediria a corrente e a lâmpada
acenderia. Precisei de algumas tentativas pois não chegava corrente suficiente na
71
lâmpada para fazê-la produzir uma iluminação que todos considerassem a
experiência completada. (Professor regente, R. J. S.)
O que poderia ter acontecido? O gerador foi desmontado e verificou-se a polaridade
dos ímãs. Constatou-se que dentre os quatros ímãs, um estava com a polaridade invertida em
relação aos outros. O aluno D. F. G. se propôs a realizar a montagem, organizou os ímãs,
intercalando-os em norte e sul. O resultado foi satisfatório, a lâmpada finalmente acendeu e
todos aplaudiram.
Figura 53 - Aula prática, testando o gerador.
Depois de realizada a atividade experimental, foram retomados alguns conceitos,
como campo, corrente e indução, no intuito de relacioná-los ao gerador. Ficou clara a
dificuldade da maioria dos alunos em relacionar esses conceitos ao experimento. Alguns até
tentam por meio de suas falas, mas tiveram muita dificuldade em organizar tudo no papel.
Para o professor regente, a atividade foi importante pois despertou o interesse de
todos os envolvidos e foi possível, durante o processo, observar a ansiedade dos alunos em
realizar a atividade experimental. Para ele as aulas na EJA deveriam ser todas assim: “tem que
trabalhar a teoria e finalizar o conteúdo com uma atividade experimental, assim materializa a
teoria”.
Com as aulas expositivas e simulações sobre o funcionamento de um gerador, bem
como os outros conceitos que lhe dão sustentação em sua utilidade cotidiana,
tornara-se válidas as discussões sobre o conteúdo, pois a todo o momento teoria e
prática dialogavam, tornando-se plausível a participação contínua dos alunos, tanto
em suas perguntas curiosas quanto nas emoções de observar o funcionamento
prático, o que também trouxe desconfiança pela magia e mistério quando falamos de
elétrons, prótons e nêutrons. (Fala do Professor, R. J. S.).
72
Os relatos dos alunos corroboram o entusiasmo do professor e a receptividade da
proposta experimental. De acordo com o aluno R. D. F.: “não imaginava que com ima e fio
era capaz de produzir energia; já vi produzir energia com roda d’água e gerador, mas não
sabia que eram os ímãs que faziam tudo isso, fiquei encantado”. O aluno D. F. G., mencionou
a criatividade envolvida no gerador e aproveitou para fazer um relato pessoal: “hoje em dia é
possível fazer muitas coisas, ficou provado que não é difícil produzir energia, quando eu
trabalhava em uma metalúrgica, fizemos uma máquina de solda com água, sal, e fio com
energia”.
Observou-se o interesse e a curiosidade em torno da atividade experimental. Em
linhas gerais, todos pareceram compreender o processo de conversão de energia por meio de
um gerador movido por uma força mecânica. Nos relatos colhidos, entretanto, verificou-se
que fez falta um aprofundando mais conceitual. É de se considerar ainda as características da
turma, como idade, cansaço em função da jornada de trabalho e o tempo curto com que o
assunto foi abordado. Por mais que durante o experimento alguns conceitos tenham sido
reforçados, relacionando-os ao eletromagnetismo, nos depoimentos ninguém os mencionou. O
que chamou a atenção foram as simulações e a prática.
É possível que o tempo e a abordagem não tenham sido os mais adequados face a
complexidade do tema. Alguns dos conceitos envolvidos são inerentemente abstratos e
poderiam ter sido abordados em maior profundidade caso houvesse mais tempo. A ludicidade
e o apelo visual das simulações e do aparato experimental também podem ter competido com
a aprendizagem dos conceitos mais difíceis.
O pós-teste também pode ter sofrido em função da indisposição dos alunos. Sua
aplicação se deu na última aula do período, numa sexta-feira à noite, horário em que a
participação nesse turno normalmente cai bastante em função do cansaço que os alunos
apresentam - muitos chegam casados à escola e antes do término da aula (22h30) já pedem
para sair.
4.2.5. Análise das respostas do Pré-teste
A seguir as repostas dos alunos ao questionário apresentado previamente à sequência
didática do gerador, que seria desenvolvida pelo professor.
O questionário inicial era composto por cinco questões abertas. Buscou-se verificar
as percepções dos alunos sobre a disciplina de física (questão 01) e se possuíam concepções
prévias e/ou conhecimentos anteriores sobre conceitos específicos relativos à energia e sua
73
produção (questão 02), se compreendiam algo sobre hidroelétricas (questão 03) e os geradores
(questão 04), e se conseguiam elencar conceitos pertinentes ao eletromagnetismo, além de
indicar se percebiam o gerador como facilitador para a aprendizagem desses conceitos
(questão 05).
Questão 01 – Percepções sobre a Física
Apesar do grupo de alunos ser reduzido, as percepções da física apresentadas nas
respostas desses alunos foram diversas. O grafo de frequências dos termos mais usados,
mostra como não há consenso na indicação de termos chaves relativos às percepções pessoais
sobre a física.
Figura 54 – Nuvem palavras associadas à percepção da Física pelos alunos. Termos mais frequentes são
representados em maior tamanho.
Cinco (05) dos dezessete alunos associam a disciplina a algo difícil, complicado e até
enlouquecedor (como no relato de E. V.):
Tabela 8 - Questão 1, primeira categoria (matéria difícil)
R. L. J.
A disciplina de física é um pouco complicado de entender, mas com persistência e a ajuda
do professor a gente aprende um pouco.
C. S. B.
É uma matéria Bem complicada, mais é de muita valia para nós alunos que ensina varias
matérias.
Q. S. C.
É uma disciplina muito importante mas muito difícil de entender, mas vale a pena fazer
esforço.
T. R. C.
A minha opinião é que é uma matéria muito difícil de entender mas também uma matéria
que você pode aprender muitas coisas.
E. V.
Bom! E uma matéria que faz enlouquecer, mais Se a conviver o que e física em mesmo
gostei de fazer algumas atividades: como o gráfico.
74
A maior parte dos alunos, entretanto, expressou associações positivas quanto à
disciplina de física. As respostas restantes podem ser divididas em dois grupos com base no
grau de entendimento da pertinência da física.
O primeiro, que reconhece a física como uma componente de relevância no
currículo, apesar de não ter clareza quanto a seus objetos de estudo, atribuindo-lhe uma
importância vaga, associada à aquisição de conhecimento de forma geral.
Tabela 9 - Questão 1, categoria 2 (importância vaga)
A. S. S.
Tudo que fazemos é física sobre a nossa vida na hora de caminhar trabalhar.
J. S. D.
A Física é muito importante para nos aumentar os conhecimentos.
R. D. F.
É de fundamental importância para nosso conhecimento, podemos aprender muito com
essa disciplina.
E. S.
É importante para o nosso conhecimento, para o dia de amanhã no momento não sabemos
de nada.
M.R.
A minha opinião é poder descobrir as coisas diferente.
M. E. W. Acho importante para nosso aprendizado, nos trás novos conhecimentos.
A. B. G.
A física é um estudo bom através dela podemos alcançar algo bom para melhorar nossos
conhecimento isso é importante em nossas vidas.
No último e menor grupo, foram notadas algumas associações mais específicas entre
a física e alguns de seus objetos de estudo, como o movimento ou a energia. Há de se destacar
a resposta de A. C. M., único aluno a ir além da física como disciplina e reconhecê-la como
ciência com foco na compreensão da natureza.
Tabela 10 - Questão 1, categoria 3 (enfoque em fenômenos naturais, como a energia e o movimento)
D. F. G.
Na Física estuda várias funções. A Física estuda movimentos importantes.
E. S. X.
Minha opinião sobre a disciplina de física é que a física visa estudar vários ramos,
tanto quanto produção de energia, usina hidrelétrica, eletromagnetismo, dentre
outros.
A. C. M.
É a ciência que estuda os fenômenos da natureza. É importante que nos ensina a
resolver questões que envolve a matemática em relação a velocidade, magnetismo,
energia, minutos, horas, distancias, etc...
J. T. S.
Na minha opinião estudamos física para ter o conhecimento de como acontece uma
ação física, calcular algo que jamais imaginava calcular e adquirir mais experiências
no nosso dia a dia, enfim estuda os fenômenos físicos da natureza.
75
Questão 02 – Conhecimentos prévios sobre “produção” de energia
A maioria dos alunos questionados (onze, dos dezessete) expressou algum
conhecimento prévio referente à produção de energia. Os seis alunos restantes dividiram-se
igualmente três grupos que, ou se abstiveram em responder (A. B. G. e E. S. X.), ou não
estudaram antes e, portanto, não podiam responder (R. L. J. e Q. S. C.) e, por fim, aqueles que
alegaram já ter estudo anteriormente sobre o assunto, mas que não se lembravam de nada em
específico (C. S. B. e M. E. W.).
O grafo de termos mais frequentes sugere que o conhecimento prévio dos alunos a
respeito da produção de energia já apresentava associações com formas de obtenção natural
de energia, com ênfase para a produção hídrica (água, rio, chácara), mas com espaço para
formas menos difundidas de captação (ventos, eólica, sol). Também foi possível evidenciar
destaque a aparatos de conversão e armazenamento de energia (gerador, motores/motor,
baterias) e algumas aplicações tecnológicas mais comuns (tv, lâmpada).
Figura 55 - Termos mais frequentes citados nas respostas à questão 2.
Curiosa, entretanto, a associação manifestada entre as rotações (giro, girava) e o
processo de “produção” de energia, destacando-se a resposta de D. F. G., que apropriou-se do
termo “girador” (ao invés de gerador), recorrentemente fazendo alusão ao movimento de
rotação.
Tabela 11 - Questão 2, Conhecimentos prévios sobre “produção” de energia
A. S. S.
Através de motores e água.
76
J. S. D.
A energia é produzida através de um gerador.
D. F. G.
Não. Mas a energia é produzida pelo um motor com um girador, ou com uma roda da
água, que gira o girador que produzem a energia.
R. D. F.
Não, nunca estudei. Apenas ouvi falar. Ela pode ser produzida através de Hidrelétrica,
nuclear, eólica, entre outras. .
A. C. M.
Lembro de alguma coisa. É produzida através da água, dos ventos e através do sol. .
E. S.
A energia é produzida através de gerador para produzir a energia. .
T. R. C.
É produzida através de gerador. .
J. T. S.
Sim, que podemos gerar energia através de Baterias como por ex: as Baterias que
carregam com a luz solar para a noite produzir luz para TV, geladeira, lâmpadas. .
E. V.
Mais ou menos, Ela e produzida através de motores ou com ventos etc. .
M.R.
Sim, quando eu fui em uma chácara lá tinha um rio e o meu cunhado colocou uns fios e
uma roda que girava para produzir energia com água. .
Questão 03 – Conhecimentos prévios sobre hidroelétricas
Dos dezessete alunos inqueridos, sete (41%) não conseguiram apresentar nenhuma
resposta que permitisse identificar conhecimentos prévios específicos sobre hidroelétricas e a
“produção” de energia nestas. Q. S. C. e A. B. G. simplesmente não responderam, ao passo
que os cinco restantes assumiram não saber nada sobre tais usinas (R. L. J., J. T. S. e M. E.
W.), ou se expressaram de forma confusa e genérica (C. S. B. e E. S. X.), atendo-se ao
objetivo final destas – o fornecimento de energia para cidades.
A maior parte dos alunos da turma, entretanto, foi capaz de mencionar um ou mais
aspectos estruturais das hidroelétricas (barragens, turbinas) e o papel essencial das águas
fluviais nesse tipo de usina. Alguns, inclusive, mencionaram especificamente os geradores (R.
D. F., A. C. M., T. R. C. e M.R.).
77
Figura 56 - Termos mais frequentes citados nas respostas à questão 3.
Nenhuma das respostas, entretanto, evidenciou que tivessem o conhecimento de
conceitos específicos de eletromagnetismo associados aos processos que ocorrem nas
hidroelétricas ou na transmissão de energia a partir delas. Um único comentário menciona
“transformações” nessas usinas (T. R. C.), mas sem detalhes que permitam inferir que o aluno
fazia alguma menção à conversão de energia mecânica em elétrica.
Tabela 12 - Questão 3, conhecimentos prévios sobre hidroelétricas
A. S. S.
São muitas turbina tocada pela água e gera energia para o povo.
J. S. D.
A usina hidrelétrica funciona água e turbinas e pressão.
D. F. G.
Usina é uma Barragem feita no rio, que é montada hidrelétrica para produzir a energia.
R. D. F.
A. C. M.
Através de Barragens que represa a agua, essa agua faz girar os geradores que produz
a energia.
Funciona através de uma grande quantidade de água com barreiras e um gerador e
turbinas, etc.
E. S.
A usina é transmitida a traves de Barragens para acumular água e tocar a usina. .
T. R. C.
A usina funciona através de vários geradores dentro de rio e vários componentes e
muita transformação faz uma usina. .
E. V.
Bom! Através das turbinas que fecha um Rio e faz um canal, e adapta a turbina. .
M.R.
Funciona através de um gerador elétrico. .
Questão 04 – Conhecimentos prévios sobre geradores
78
O aluno (A. B. G.) se absteve em responder, (E. S., M. R. e M. E. W.) alegaram não
conhecer o gerador e/ou seu funcionamento, e quatro outros alunos não manifestaram
conhecimentos prévios ou associações pertinentes aos geradores.
A partir de suas respostas, os demais alunos dividiram-se em grupos cujas categorias
iam: “A”. da aplicação específica do gerador como aparelho emergencial, que é acionado
quando há alguma interrupção no fornecimento regular de energia (A. S. S., R. L. J., Q. S. C.
e T. R. C.); “B”. do aparelho responsável pelo fornecimento de energia à residências (J. S. D.,
C. S. B. e J. T. S.); “C”. um tipo de motor (cuja função não é clara), movido à água ou diesel
(R. D. F. e A. C. M.); e ainda, “D”., um conjunto de respostas que não chegam a permitir uma
associação clara entre si, mas que se aproximam do conhecimento físico específico, por
fazerem menção à relação entre eletricidade e magnetismo (D. F. G.), por citarem estruturas
típicas dos geradores (E. V.), ou, finalmente, por reconhece-lo como aparatos que convertem
algum tipo energia em energia elétrica (E. S. X.).
Tabela 13 - Questão 4, Conhecimentos prévios sobre geradores.
A. S. S.
Para ser usado na falta de energia em hospital, central telefônica.
A
Q. S. C.
Sim, ele funciona quando falta energia em lugares que não se pode ficar sem energia,
como em hospital, posto de combustível etc.
A
R. L. J.
Sim, um gerador elétrico é um motor que gera energia quando acontece um apagão na
cidade. .
A
T. R. C.
Gerador é usado ainda hoje em dia em hospitais quando a energia acaba, liga o gerador
e tudo funciona.
A
C. S. B.
Conheço, quando a gente morava nas fazenda era as natar girador de luz que tinha para
as casas ter luz. Esse é o ponto ótimo.
B
J. S. D.
O gerador elétrico funciona através de um motor ou da água para levar energia nas
casas.
B
J. T. S.
Sim, funciona para fornecer energia para cidade se for um grande e gerador menores
para abastecer energias em fazendas, casas de comunidade enfim para produzir
energia. .
B
A. C. M. Sim. Na cidade funciona com combustível (óleo diesel).
C
R. D. F.
Não tenho muito conhecimento, mas sei que é movido por motores a diesel e água. .
C
D. F. G.
O gerador elétrico é tocado pelo motor. Nele tem as partes magnético que faz
produzir energia. .
D
E. S. X.
Sim, geradores elétricos são aparelhos que convertem energia e também tem dois
tipos de geradores, o que queima combustível em energia, e as pilhas que
transforma energia química em elétrica. .
D
79
E. V.
Sim! Ele funciona através uma tubulação de fios trançados enviesado e um
induzido e o carvão que faz a energia. .
D
Questão 05 – Conceitos de eletromagnetismo e o gerador como facilitador para
a aprendizagem
Os alunos não se mostraram preparados para, nem mesmo, elencar um conjunto
mínimo de conceitos relativos ao eletromagnetismo.
Figura 57 - Conceitos de eletromagnetismo: gerador como facilitador para a aprendizagem
Face aos resultados obtidos, não é exagero assumir que esta foi a questão menos
usual para o grupo de alunos. Cinco deles sequer responderam (J. S. D., Q. S. C., R. D. F., E.
S. X. e E. S.). As doze respostas obtidas, entretanto, também evidenciaram a não
familiaridade dos demais alunos para com os conceitos e relações do eletromagnetismo.
Como prevê o grafo dos termos mais frequentes (Figura 57), energia e choque elétrico
figuram entre as palavras mais utilizadas. Desconsiderando a evocação à energia, que é
conceito praticamente onipresente nos tópicos de física, a menção ao choque, como sugere a
2ª palavra mais usada: pessoa, se deve às experiências que esses indivíduos provavelmente
testemunharam em suas vivências (R. L. J., C. S. B. e T. R. C.). As tentativas de explicar esse
fenômeno demonstraram confusão por parte dos respondentes, como menções ao
magnetismo, uso equivocado da interação entre cargas opostas e a lembrança da tensão
elétrica, sem evidenciar nenhuma compreensão física a respeito desse conceito.
Também foram evidenciadas menções à fenômenos e aplicações, sem que os
exemplos citados se relacionassem claramente entre si. Alguns resgataram respostas a
questões anteriores, como quanto se expressaram sobre o gerador, mas de forma confusa.
Esses alunos, portanto, não demonstraram, com base na questão proposta, ter clareza
ou domínio mais formal dos conceitos e relações presentes no estudo do eletromagnetismo.
80
Tabela 14 - Questão 05, conceitos de eletromagnetismo e o gerador como facilitador para a aprendizagem.
A. S. S.
Quando nós penteia os cabelos, o cartão magnético que é usado no dia.
R. L. J.
A eletricidade já é algo forte para falar a verdade. Quando uma pessoa pega um fio de alta
tensão ele simplesmente gruda como se fosse um magnetismo que não consegue se solta
jamais do fio. Só se uma pessoa desligar a energia.
C. S. B.
O magnetismo e quando a pessoa leva um choque e fica grudado porque no chão ele
descarrega o negativo ao positivo que se transforma o ponto de eletromagnetismo.
D. F. G.
Sim, o gerador forma a energia através de eletromagnetismo e forma eletricidade, para
formar tudo é necessário o magnético.
A. C. M.
São cargas produzidas através de correntes. Através de conceitos físicos.
T. R. C.
A energia de alta tensão aquela que tem muitas forças. Quando uma pessoa leva um
choque a pessoa fica assegurada na rede pode levar a morte.
J. T. S.
O gerador elétrico de energia, os mercados, lojas, fazendas possuem um motor que
funciona para gerar energia para freezer, televisores, chuveiro quando acaba a luz o motor
é ligado e fornece energia e também a Bomba de água que é usada apara mandar água para
as casas e para os bebedouros de gado.
E. V.
Através motores a óleo diesel, vento, água e outros.
M.R.
Eu acho que quando uma pessoa coloca sem querer os dedos dentro de uma tomada e
ganha um choque.
M. E. W.
Acho que estão relacionados.
A. B. G.
A eletricidade é uma coisa muito perigosa para aqueles que trabalham nesses tipo de
serviço tem que ter bastante cuidado para trocar os fio das redes por que se levar um
choque pode até morrer e ficar colado nas redes e pode sofrer várias queimaduras pelo
corpos.
4.2.6. Análise das respostas do Pós-teste
A aplicação do questionário após a sequência didática e experimentação do produto
foi impactada pela baixa participação dos alunos envolvidos nessa etapa da avaliação.
81
Somente 08 (oito) dos alunos da turma responderam ao pós-teste (e um destes foi
desconsiderado, já que não havia participado do pré-teste). Em função da grade horária da
disciplina na escola e da disponibilidade do professor, a aula programada para essa captação
de dados ocorreu numa sexta-feira, depois do intervalo, isto é, após as 21h20min, horário em
que a evasão é mais acentuada.
O novo instrumento, questionário II, difere do primeiro pela ausência da questão
inicial sobre a percepção a respeito da Física, e pelo acréscimo da avaliação a respeito da
contribuição da atividade experimental com o protótipo para o entendimento do gerador.
Manteve-se, a seguir, a numeração original com a adição do sufixo “B” como diferenciador.
Questão 02B – Conhecimentos sobre “produção” de energia
Ao considerar as respostas anteriores desse grupo, somos lembrados de que somente
D. F. G., R. D. F. e A. S. S. haviam tentado explicar a produção de energia (e apenas A. S. S.
confirmou já ter estudado sobre o assunto).
Ao observar o grafo dos termos e sua recorrência, nota-se que clara referência à
atividade experimental (a partir de termos que citam elementos utilizados, como “ventilador”
e “furadeira”, por exemplo). O termo “gerador” passou a ser sempre associado à questão da
produção de energia.
Figura 58 - Grafo de termos mais frequentes, questão 02B.
Alunos que haviam se negado a responder anteriormente (E. S. X. e A. B. G.) ou que
não tinham conseguido formular respostas sobre o tópico (R. L. J. e M. E. W.) vieram a
apresentar respostas dessa vez. Entretanto, ainda não se manifestam por meio de conceitos
físicos específicos, por mais motivadora que tenha sido a atividade experimental (a
82
significância do experimento é sugerida pelas referências concretas à montagem e por termos
como “interessante”, “importante” e “testado e provado”).
Tabela 15 - Comparativo entre as respostas do pré-teste e pós-teste, questão 02.
Respostas no pré-teste
Respostas no pós-teste
A. S. S.
Através de motores e água.
De varias forma não precisa ter água para
produzir energia.
R. L. J.
Ainda eu não estudei.
Sim, é produzida através de um gerador que
gera energia. .
D. F. G.
Não. Mas a energia é produzida pelo um
motor com um girador, ou com uma roda da
água, que gira o girador que produzem a
energia.
Com ima, e motor de ventilador se faz
produzir energia, girando com uma
furadeira foi testado e provado.
R. D. F.
Não, nunca estudei. Apenas ouvi falar. Ela
pode ser produzida através de Hidrelétrica,
nuclear, eólica, entre outras. .
Não, pelo que eu pude entender ela é
produzida por geradores.
E. S. X.
– não respondeu.
Tô estudando é bastante interessante.
M. E. W. Não lembro. .
A. B. G.
– não respondeu.
Sim, é produzida por um gerador que
através de seus movimentos vai gerando a
eletricidade.
Sim: usamos motor de ventilador, imãs,
lâmpada e furadeira para produzir a energia
foi uma experiência muito importante pra
nós.
Questão 03B – Conhecimentos sobre hidroelétricas
Novamente nota-se algum avanço ao se considerar que certos alunos agora tentaram
explicar o funcionamento das hidroelétricas (R. L. J., M. E. W. e A. B. G.), fato que não havia
ocorrido inicialmente. Como na questão anterior, a presença do termo “gerador” nas respostas
foi quase uma unanimidade. Nenhuma menção, entretanto, foi feita às transformações de
energia envolvidas ou aos conceitos eletromagnéticos inerentes.
83
Figura 59 - Grafo de termos recorrentes, questão 03B.
Há também referências à contextualização feita ao gerador na forma como utilizado
nas comunidades do campo. Tais alusões se manifestam principalmente pelos termos “moto
gerador”, “cachoeira” e “roda d’água”, presentes em algumas das respostas.
Tabela 16 - Comparativo entre as respostas do pré-teste e pós-teste, questão 03.
Respostas no pré-teste
Respostas no pós-teste
São muitas turbina tocada pela água e gera
energia para o povo. .
Através de águas ou moto gerador tocada a
combustível. .
R. L. J.
Eu não sei como funciona, mas tenho
curiosidade. .
Hidrelétrica funciona através de uma turbina
que vai muitas quedas de água por minuto,
fazendo gerar energia para a cidade que
passa através de fio que vai até um motor,
que leva para as casas. .
D. F. G.
Usina é uma Barragem feita no rio, que é
montada hidrelétrica para produzir a
energia. .
Na cachoeira se instala, roda da água e um
gerador, assim se produz energia. .
R. D. F.
Através de Barragens que represa a agua,
essa agua faz girar os geradores que produz
a energia. .
Pelo represamento da água para da mais
pressão, para que os geradores produza
energia. .
A. S. S.
84
E. S. X.
Usina hidrelétrica pode ser definida como
um conjunto de obras e equipamentos cuja
sua finalidade é produzir energia elétrica. .
M. E. W. Não sei. .
A. B. G.
Usina hidrelétrica funciona como um
conjunto de obras com gerador. .
Funciona através de um gerador. .
– não respondeu.
A usina hidrelétrica é feita com um
encanamento e roda de água e usa girador
para comandar a energia para as pessoas. .
Questão 04B – Conhecimentos sobre geradores
Desta vez os avanços percebidos foram mais sutis e em menor quantidade se
comparadas às duas últimas questões. Houve clara alusão aos ímãs da montagem (A. S. S., R.
L. J., R. D. F. e M. E. W.), mas isso não significa que a compreensão sobre a relação entre
eletricidade e magnetismo possa ter sido construída para além dos componentes estruturais do
gerador. O progresso cognitivo pode ter sido maior apenas por que, neste caso, o
desconhecimento antes também era maior.
Figura 60 - Grafo de termos mais frequentes, questão 04B
Para D. F. G. e A. B. G., a polaridade dos fios aparentemente teve maior significado
que os magnetos envolvidos. Já E. S. X. mostrou-se mais retraído em sua nova resposta: dessa
85
vez sequer esboçou alguma explicação para o funcionamento do gerador (limitou-se a dizer
que “sim”, agora conhecia o gerador).
Tabela 17 - Comparativo entre as respostas do pré-teste e pós-teste, questão 04.
Respostas no pré-teste
Respostas no pós-teste
A. S. S.
Para ser usado na falta de energia em
hospital, central telefônica.
Ele tem que ter ima para funciona.
R. L. J.
Sim, um gerador elétrico é um motor que
gera energia quando acontece um apagão na
cidade.
Sim, um gerador funciona através de imas
direcionado uma para o sul e outra para o
norte, fazendo que as energia não fique as
mesma e fazendo funcionar o gerador. .
D. F. G.
O gerador elétrico é tocado pelo motor. Nele
tem as partes magnético que faz produzir
energia. .
Gerador funciona positivo, e neutro assim
que funciona para o gerador produzir a
energia.
R. D. F.
Não tenho muito conhecimento, mas sei que
é movido por motores a diesel e água.
Não muito bem mas deu pra ver que é com
imãs intercalados.
E. S. X.
Sim, geradores elétricos são aparelhos que
convertem energia e também tem dois tipos
de geradores, o que queima combustível em
energia, e as pilhas que transforma energia
química em elétrica. .
Sim;
M. E. W. Não sei dizer como é e como funciona. .
A. B. G.
– não respondeu.
Sim, funciona através de um motor com
imãs alternados uma lâmpada e mais
alguns acessórios. .
Sim. Gerador elétrico funciona com o
positivo e negativo. .
Questão 05 – Conceitos de eletromagnetismo e o gerador como facilitador para a
aprendizagem
86
As respostas mostraram-se menos elaboradas à medida que o enfoque torna-se mais
teórico. Registrou-se certa apropriação de termos físicos na maioria dos casos, como “campo
magnético”, “força” e “corrente elétrica”, mas E. S. X. novamente se absteve em responder e
A. B. G., que antes havia detalhado ricamente uma situação fatal envolvendo o choque
elétrico, desta vez foi evasivo.
Tabela 18 - Comparativo entre as respostas do pré-teste e pós-teste, questão 05.
Respostas no pré-teste
Respostas no pós-teste
A. S. S.
Quando nós penteia os cabelos, o cartão
magnético que é usado no dia.
Se não for campo magnético o gerador
não funciona ele que dar força para girar o
gerador.
R. L. J.
A eletricidade já é algo forte para falar a
verdade. Quando uma pessoa pega um fio de
alta tenção ele simplesmente gruda como se
fosse um magnetismo que não consegue se
solta jamais do fio. Só se uma pessoa
desligar a energia.
Sim, a eletricidade gera força de um
gerador e o magnetismo gera a separação
da força entre si, gera uma uniam entre a
eletricidade e magnetismo.
D. F. G.
Sim, o gerador forma a energia através de
eletromagnetismo e forma eletricidade, para
formar tudo é necessário o magnético.
É definido pelos imas que é estalando no
motor que eles giram através dos
magnético, faz produzir a eletricidade.
R. D. F.
– não respondeu.
E difícil mais tem o campo magnético a
corrente elétrica. .
E. S. X.
– não respondeu.
– não respondeu.
M. E. W. Acho que estão relacionados.
Difícil como campo magnético, energia, .
87
A. B. G.
A eletricidade é uma coisa muito perigosa
para aqueles que trabalham nesses tipo de
serviço tem que ter bastante cuidado para
trocar os fio das redes por que se levar um
choque pode até morrer e ficar colado nas
redes e pode sofrer várias queimaduras pelo
corpos.
São muitos.
Questão 06B – A atividade experimental e a compreensão sobre o funcionamento do gerador.
Todos os respondentes apresentaram posicionamento favorável quanto à atividade
experimental. Alegaram ter aprendido sobre o funcionamento do gerador e, em alguns casos,
fizeram questão de ressaltar a importância dessa abordagem. De fato, a compreensão destes a
respeito do fornecimento de energia elétrica por geradores não parece mais ser classificável
como de “senso comum”, por mais que ainda mantenha-se distante de um discurso
fisicamente mais elaborado. Mesmo que parcial e com muitas lacunas, há indícios de
aprendizagem e de caráter significativo, haja visto a relevância atribuída à montagem
experimental expressa nas respostas.
Tabela 19 - respostas à questão 06 do pós-teste
A. S. S.
Foi de grande aprendizado porque eu não sabia como funcionava um gerador é vive e
aprendendo.
R. L. J.
Sim, porque se eu não colocar os imas certo o gerador não, vai funcionar como deveria,
com baixa pressão de energia. Agora se eu colocar de forma correta ele vai funcionar
direito.
D. F. G.
Sim. Foi montado um gerador com um motor de ventilador, e com ima e foi provado. .
R. D. F.
Sim, sua montagem não é tão difícil, por sua função que é muito importante.
E. S. X.
Sim; pois aprendi e aprendemos muitos com essa experiência e também serve para nos
saber que podemos produzir energia elétrica.
M. E. W.
Sim, através deste experimento podemos entender um pouco como funcionam os
geradores elétricos e quais suas finalidades.
A. B. G.
O gerador elétrico funcionou muito bom vi a luz da lampa o funcionamento foi pra mim
importante.
88
5. CONSIDERAÇÕES FINAIS
Neste trabalho tínhamos como meta averiguar as potencialidades do gerador elétrico
como facilitador no ensino de eletricidade e magnetismo. Esse objetivo teve sua origem nas
necessidades externadas por professores que lecionam a disciplina de Física no Vale do
Arinos, visto que não há (nesta região) nenhum professor habilitado em física que esteja
lecionando a disciplina de Física.
As dificuldades manifestadas por esses professores vão além daquelas normalmente
associadas à educação formal ou ao ensino de ciências pois são docentes que encontram-se
atuando à frente de disciplinas nas quais não possuem habilitação específica.
Principalmente em função dessa ausência de formação, não se sentem seguros para
adotar metodologias de ensino que ultrapassem os limites do livro didático ou os currículos
tradicionais, sacrificando assim a contextualização e a prática experimental, por exemplo.
A literatura, tal como apuramos, é rica em casos que provam que o ensino de física
contextualizado proporciona uma melhor interação em sala de aula e potencializa a
construção significativa de conceitos.
Dessa forma, buscou-se conhecer o contexto social comum a boa parte dos
professores e alunos da região. A discussão referente às mini usinas hidrelétricas presentes no
município de Juara/MT, foi eficaz em despertar a curiosidade em torno do processo de
geração de energia tanto nos professores quanto nos alunos. Esse interesse tornou-se ainda
mais evidente na montagem de um gerador com materiais de baixo custo.
Essa curiosidade e interesse despertos ao se desenvolver uma proposta que parte da
realidade dos destinatários constituem, tal como relata a literatura revisada, fator que sugere
predisposição à aprendizagem.
Durante a atividade experimental, alguns conceitos físicos como campo magnético,
corrente elétrica e potência eram resgatados, confirmando indícios de aprendizagem, ainda
que sem a profundidade esperada.
Para os professores consultados mostraram-se favoráveis à proposta de trabalhar com
o protótipo do gerador elétrico em sala de aula. Por ser simples de montar, ter baixo custo e
envolver muitos conceitos físicos que antes eram pouco visíveis aos alunos, o material foi
reconhecido como potencializador para uma aprendizagem com significado.
Machado (1999) apud Pereira (2010), em sintonia com o que foi expresso pelos
professores, ressalta a importância de se valorizar propostas alternativas de ensino,
conciliando teoria e prática, respeitando o contexto social, as relações e as individualidades
89
dos alunos, dando-lhes a oportunidade de questionar, negociar, construir e reconstruir
conceitos em consonância com suas vivencias.
O trabalho com os alunos propiciou uma maior compreensão do processo de
conversão de energia que ocorre no gerador. A manifestação dessa compreensão, entretanto,
mostrou que, mesmo com a excelente recepção quanto à atividade experimental, seria
necessário um aprofundamento maior no aspecto conceitual, uma vez que em suas falas não
eram mencionados os conceitos e relações físicas envolvidas. É possível que o tempo e a
abordagem não tenham sido os mais adequados diante da complexidade do tema. A
ludicidade, o apelo visual das simulações e do experimento, chamou mais a atenção que a
discussão teórica, possivelmente competindo com a aprendizagem dos conceitos.
Os resultados apurados confirmam a relevância da formação continuada em física, no
sentido de diminuir parte da problemática enfrentada pelos professores que lecionam essa
disciplina no Ensino Médio.
A título de contribuição final, disponibilizou-se na web (http://perinfisica.blogspot.
com.br/), uma coleção de materiais (artigos, dissertações, teses, simulações etc) relativos ao
tema deste trabalho.
90
6. BIBLIOGRAFIA
ALARCÃO, Isabel. Refletir faz a diferença. Nova Escola: Gestão Escolar - Edição Especial
“Os caminhos da coordenação pedagógica e da formação de professores”. nº 6. p. 19.
Junho/2011.
ALBUQUERQUE, D. S. Uma proposta para o ensino de eletromagnetismo no nível
médio. 2008. 178 f. Dissertação (Mestrado) – Universidade Federal do Rio Grande do Norte,
Natal 2008.
ALVES, V.; STACHAK, M. A importância de aulas experimentais no processo ensino
aprendizagem em física: “eletricidade”. XVI Simpósio nacional de ensino de Física.
Disponível em: http://www.uenf.br/Uenf/Downloads/LCFIS_7859_1276288519.pdf <acesso
em 08 de outubro de 2015>.
ARAÚJO, M. S. T.; ABIB, M. L. V. S. Atividades Experimentais no Ensino de Física:
Diferentes Enfoques, Diferentes Finalidades. Revista Brasileira de Ensino de Física, vol.
25, no. 2, Junho, 2003. p. 176 – 194.
ATAIDE, A. R. P.; PULINO, A. R. S.; SILVEIRA, A. F.; BENTO, E. P. Física, o “monstro”
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ZAMBON, L. B. et al. Seleção e utilização de materiais didáticos para o Ensino da Física. VII
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94
ANEXO I
QUESTÕES ORIENTADORAS PARA AS ENTREVISTAS COM OS MORADORES
DOS ASSENTAMENTOS QUE POSSUEM MINI USINAS HIDRELÉTRICAS.
Objetivo: conhecer melhor os sujeitos do campo; analisar o custo-benefício de uma miniusina
hidrelétrica, como eles lidam com essa tecnologia e o nível de compreensão que têm sobre os
processos envolvidos; verificar a potência e rendimento de um gerador e o que influenciaria
na qualidade de vida.
A. NOME:
B. SEXO: ( ) Masculino
( ) Feminino
C. Há quanto tempo mora no assentamento?
D. Há quanto tempo possuí a miniusina hidrelétrica?
E. O que te motivou a adquirir um gerador para o fornecimento de energia elétrica?
F. Qual a potencia de seu gerador elétrico? Mantém que aparelho em fucionameto?
G. O que mudou em sua vida depois da energia elétrica entrar em sua casa?
H. Qual o custo de manutenção de sua miniusina?
I. Você sabe como funciona o gerador?
J. Você tem ideia de como é que se usa o movimento da água para fazer acender uma
lâmpada em sua casa?
K. Soube que a rede de energia do programa do governo Federal “Luz para todos” está
chegando ao assentamento. Você vai substituir sua energia por essa outra?
95
ANEXO II
QUESTIONÁRIO APLICADO JUNTO A PROFESSORES QUE LECIONAM FÍSICA
NO ENSINO MÉDIO
Objetivo: conhecer melhor os sujeitos envolvidos; quais metodologias usam em sala de aula;
se veem resultados significativos em seus trabalhos; se compreendem e já utilizaram
geradores como aparatos com potencial facilitador da aprendizagem e como imaginam que
deveria ser o ensino de Física.
Nome:______________________________________________________________________
E-mail:_____________________________________________________________________
I PARTE – DADOS DE IDENTIFICAÇÃO
A.
SEXO
( ) Masculino
( ) Feminino
B.
IDADE
( ) Até 24 anos
( ) 25 a 35 anos
(
( ) Mais de 55 anos
C.
) 46 a 55 anos
( ) 36 a 45 anos
FORMAÇÃO ACADÊMICA
( ) Graduação/curso: ______________________________________________________
( ) Especialização/curso:___________________________________________________
( ) Mestrado/curso: _______________________________________________________
D.
Em qual série/ano leciona disciplina de Física no Ensino Médio?
( ) 1º série/ano
E.
( ) 2º série/ano
( ) 3º série/ano
Há quanto tempo trabalha com a disciplina de Física?
_____________________________________________
II PARTE – QUESTÕES REFERENTES AO ENSINO DE FÍSICA
A.
Em qual conteúdo de Física os alunos apresentam maior dificuldade de aprendizagem,
dentro das séries/anos em que você trabalha? Por quê?
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
96
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
B.
Com que frequência utiliza experimentos em suas aulas?
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
C.
Qual sua opinião a respeito do uso de experimentos em sala? Acredita que contribuam
para uma aprendizagem mais significativa?
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
D.
Você conhece o Gerador Elétrico? Em caso positivo, como ele funciona? Que
conceitos físicos poderíamos trabalhar explorando as potencialidades de um Gerador?
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
E.
Em sua opinião, como está o Ensino de Física em sua escola? Que mudanças acredita
serem necessárias para melhorá-lo?
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
97
ANEXO III
1º QUESTIONÁRIO APLICADO JUNTO A ALUNOS DO ENSINO MÉDIO – PRÉTESTE
Objetivo: Verificar se o trabalho realizado contribuiu para que alunos construíssem conceitos
com significados relacionados ao estudo de eletromagnetismo a partir de um gerador elétrico.
Nome:______________________________________________________________________
A. Qual sua opinião sobre a disciplina de Física?
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
B. Já estudou sobre produção de energia? Como é produzida?
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
C. Como funciona uma usina hidrelétrica?
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
D.
Conhece o Gerador Elétrico? Em caso positivo, como funciona?
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
E.
Que conceitos, em sua opinião, que estão relacionados ao eletromagnetismo (eletricidade e
magnetismo) podem serem trabalhados a partir de um gerador elétrico estão relacionados ao seu
contexto e como os define?
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________
98
ANEXO IV
2º QUESTIONÁRIO APLICADO JUNTO A ALUNOS DO ENSINO MÉDIO – PÓSTESTE
Objetivo: Verificar se o trabalho realizado contribuiu para que alunos construíssem conceitos
com significados relacionados ao estudo de eletromagnetismo a partir de um gerador elétrico.
Nome:_____________________________________________________________________
A. Já estudou sobre produção de energia? Como é produzida?
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
B. Como funciona uma usina hidrelétrica?
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
C. Conhece o Gerador Elétrico? Em caso positivo, como funciona?
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
D. Que conceitos, em sua opinião, que estão relacionados ao eletromagnetismo (eletricidade e
magnetismo) podem serem trabalhados a partir de um gerador elétrico estão relacionados ao
seu contexto e como os define?
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
E.
A atividade experimental realizada contribuiu para melhor entender o funcionamento
de um gerador elétrico? Por favor, explique sua resposta.
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
99
ANEXO V
Mapa com destaque à microrregião do Vale do Arinos.
Figura 61 - Mapa do estado de Mato Grosso com destaque a microrregião do Arinos.
100
APÊNDICE
Diagrama V que mostra o gerador elétrico como proposta didática para o ensino de Física
Filosofia: Atividades
experimentais em ciências são
metodologias dinâmicas capazes de
trazer a realidade para dentro da
sala de aula e promover discussões
que resultem em uma
aprendizagem com significado.
Para os alunos favorecem a
compreensão de fenômenos,
conceitos, leis e princípios físicos,
garantindo que se estabeleçam
relações entre ciência e seu dia a
dia.
Questão básica:
Como o uso de
um protótipo de
gerador elétrico
pode contribuir à
construção de
conceitos com
significados?
Teoria: Teoria Eletromagnética.
Princípios e Leis: Leis de Faraday, Lenz
e Maxwell
Conceitos: campo elétrico e magnético,
carga elétrica, fluxo magnético e corrente
elétrica.
Interação
Asserção de valor: A atividade
experimental ajuda a clarificar
conceitos relacionados ao
eletromagnetismo bem como Leis e
teorias envolvidas, respeitando o
contexto social, as relações e as
individualidades dos alunos, dandolhes a oportunidade de questionar,
negociar, construir e reconstruir
conceitos em consonância com suas
vivencias.
Asserções de conhecimentos: O
funcionamento de um gerador elétrico
envolve muitos conceitos físicos e
matemáticos e os tornam mais visíveis
aos olhos de professores e alunos.
Transformações: Questionários, gráfico,
tabelas.
Registros: relatórios, transcrições de
entrevistas, fotos, vídeos e simulações.
Evento: Ao girar o rotor com os ímãs o campo magnético varia no espaço ao redor dele.
Essa variação gera um campo elétrico produzindo uma corrente elétrica induzida no
enrolamento do estator.
Figura 62 - Diagrama V elaborado a partir de experimento para trabalhar conceitos relacionados ao
eletromagnetismo.